文/中國科學院上海光學精密機械研究所

釹玻璃

它是漂亮的玻璃，如水晶般純凈，透著絢麗的紫紅色，外面還裹著一圈淡藍色的包邊。

它是神奇的玻璃，能將微不足道的激光能量放大到不可思議的量級，足以點亮“人造太陽”。

它是神秘的玻璃，僅有幾個國家掌握制造它的關鍵技術。

它，就是釹玻璃。

激光器的“心臟”

釹玻璃是一種含有釹離子的特殊玻璃，它可以在泵浦光的激發(fā)下產(chǎn)生激光或?qū)す饽芰窟M行放大，是激光器的“心臟”。激光釹玻璃是目前人類所知能夠輸出最大能量的激光工作介質(zhì)，它的性能直接決定了激光裝置輸出能量的潛力和質(zhì)量。

數(shù)千片大口徑高品質(zhì)的激光釹玻璃在裝置中，就像時刻準備著，只待一聲令下就迸發(fā)戰(zhàn)斗力的千軍萬馬列陣，又像人類心臟一樣反復“搏動”和“接力”，將激光能量放大。微弱得幾乎無法察覺的激光經(jīng)過一片片釹玻璃之后，像被施了魔法般越來越強大，以至于能夠引發(fā)聚變反應。

釹玻璃擁有普通光學玻璃難以企及的“超能力”，同時也比它們“難伺候”。

它“性格”活潑，動不動就與其他物質(zhì)“糾纏不清”，連生性懶惰的鉑都會被它吸引。它還格外“嬌氣”。大尺寸激光釹玻璃成品須同時符合高光學質(zhì)量、低應力等28個技術指標。溫度低了，產(chǎn)生裂紋；濕度太大，容易發(fā)霉；包邊膠的耐環(huán)境性差一點，會脫膠；還不能有附加應力，就算用手摸一下，手上的溫度也會激發(fā)玻璃內(nèi)部應力變化。

釹玻璃棒

打磨完美玻璃

一般人很難想象把嬌氣又活潑的釹玻璃打磨成“完美玻璃”的艱辛。從1964年起，中國科學院上海光學精密機械研究所（以下簡稱“上海光機所”）就開始了釹玻璃的研究。經(jīng)過三代人的努力，釹玻璃團隊打破了國外技術封鎖，為我國激光聚變裝置研制了三代激光釹玻璃及其生產(chǎn)工藝技術，解決了國家的戰(zhàn)略急需。

尤其是2005年以來，釹玻璃團隊經(jīng)過10多年持續(xù)攻關，逐項攻克了大尺寸激光釹玻璃批量制造涵蓋的連續(xù)熔煉、精密退火、包邊、檢測四大關鍵核心技術，自主發(fā)明并建成了具有中國特色的首條大尺寸激光釹玻璃連續(xù)熔煉線，實現(xiàn)了大尺寸激光釹玻璃的批量生產(chǎn)。上海光機所已成為國際上獨立掌握釹玻璃元件全流程生產(chǎn)技術的機構。

目前，團隊研制的激光釹玻璃已經(jīng)成功應用于我國“神光”系列激光裝置和上海超強超短激光實驗裝置?？此拼嗳醯拟S玻璃成為激光器的強大“心臟”，幫助科學家創(chuàng)造“人造太陽”，獲得取之不盡、用之不竭的清潔能源；幫助他們解開物質(zhì)世界的奧秘，回答宇宙起源等前沿科學問題。

釹玻璃連續(xù)熔煉線

迎難而上克難關

大尺寸激光釹玻璃成型是連續(xù)熔煉工藝中挑戰(zhàn)極高的一個技術環(huán)節(jié)，其流量小，對光學均勻性要求高，卻要像“攤大餅”一樣達到特定的坯片規(guī)格。玻璃黏度大了攤不開，太小又會出現(xiàn)缺陷。3年時間，無數(shù)次實驗，釹玻璃團隊終于啃下了這塊“硬骨頭”。

在連續(xù)熔煉技術攻關的最初階段，大尺寸釹玻璃總是在封閉式隧道窯中炸裂，這是釹玻璃團隊面臨的又一個困難。成型后的釹玻璃溫度高達六七百攝氏度，需要在這個隧道窯里待上一星期，逐漸冷卻到六七十攝氏度。實驗初期，玻璃都在隧道窯里炸裂了。請來的外援專家到現(xiàn)場看了后說，這個問題他們也解決不了，在場的人都沉默了。釹玻璃團隊秉著“只能上，不能退”的決心，花了半年時間，重新做方案，改變隧道窯的結構，最終解決了玻璃炸裂的問題。

釹玻璃包邊成為阻擋他們前進的又一座大山。原有外購的包邊膠存在容易脫膠、收縮大導致釹玻璃炸裂等問題。釹玻璃團隊尋找了數(shù)家外協(xié)單位仍然未解決問題，于是決定自主研發(fā)釹玻璃包邊膠。通過幾年的持續(xù)攻關、上萬次實驗，他們最終研制出滿足性能的包邊膠，還成功研制出一整套機械化包邊工藝，大大提升了釹玻璃包邊性能和批量生產(chǎn)效率。

團隊負責人胡麗麗說，沒有團隊的合作，這個項目不可能完成。挑戰(zhàn)極限的科研攻關過程中失敗是常態(tài)，成功來自在一次次失敗中吸取和總結教訓。這10多年的攻關中，釹玻璃團隊所經(jīng)歷的失敗不可勝數(shù)。每次失敗后，大家會互相鼓勵和安慰：“沒關系，會成功的?！薄拔覀冊贀Q一種方法試一下?！闭怯捎趫F隊成員齊心協(xié)力、精誠合作，他們才最終戰(zhàn)勝了困難，取得了釹玻璃批量制備技術的全鏈路技術攻關的成果。

團隊負責人胡麗麗

工作人員檢查釹玻璃