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人民网:攻克钕玻璃连续熔炼技术难题 上海光机所打破国外技术封锁窘境
信息来源: 发布时间:2017年04月14日 【 】 【打印】 【关闭

  人民网上海322日电(葛俊俊)今天下午,2016年度上海市科学技术奖正式对外发布,其中,中国科学院上海光学精密机械研究所胡丽丽研究员主持完成的大尺寸高性能激光钕玻璃批量制造关键技术及应用项目荣获2016年度上海市技术发明特等奖,这也是继2014年陈赛娟院士之后又一位女科学家主持的项目荣获特等奖。 

激光装置核心功能——钕玻璃元件 

  钕玻璃,一种含有稀土发光离子——钕离子的特殊玻璃。在技术研发中心,记者看到了由钕玻璃坯片与包边玻璃构成的激光钕玻璃元件。标准的激光钕玻璃元件规格为810*460*40,紫红色通透的钕玻璃,四周紧紧贴合着一圈浅绿色包边玻璃。从外观看来,钕玻璃除了色彩绚丽以外,和一般的玻璃貌似没有其他区别。 

  一块钕玻璃从原材料到成品,需要耗费4—6个月时间。一旦开机制作,需要没日没夜持续工作,几个月不能间断。胡丽丽告诉记者,上海光机所激光钕玻璃团队已经连续放弃了7个春节,坚守在岗位,坚守在高温一线。 

  在与胡丽丽的交谈中,记者了解到,激光钕玻璃可以在泵浦光的激发下产生激光或对激光能量进行放大,是激光器的心脏。胡丽丽说:激光钕玻璃性能的好坏直接决定了激光装置输出能量的潜力和质量,是目前人类所知地球上能够输出最大激光能量的激光工作介质。 

  在被称为地球上的小太阳的激光惯性约束聚变装置中,激光钕玻璃发挥着不可替代作用。胡丽丽表示,当数千片大口径高品质的激光钕玻璃在装置中,就像时刻准备一声令下迸发战斗力的千军万马列阵,又像人类心脏一样反复搏动接力,将微不足道的激光能量放大到小太阳量级的能量。 

西方实施技术封锁和产品禁运 

    据记者了解,美国联合日本和德国两家国际顶级光学玻璃历时6年完成了钕玻璃连续熔炼技术研发。该技术被誉为美国国家点火装置(NIF,目前世界最大)七大奇迹之首。美国人曾总结说:钕玻璃连续熔炼挑战了光学玻璃制造技术的极限!不过,针对该技术,西方对我国实施严格的技术封锁和产品禁运。 

    激光聚变应用的钕玻璃是磷酸盐玻璃,磷酸盐玻璃膨胀系数大、吸水性强,对耐火材料和电极腐蚀严重,易挥发;尺寸和光学均匀性要求较普通光学玻璃高一个量级,更为苛刻的是必须满足激光性能的要求。胡丽丽认为,激光玻璃连续熔炼需要攻克杂质控制以降低损耗、动态除羟基以满足荧光寿命指标、除铂颗粒以实现高激光通量、小流量大尺寸成型、无炸裂隧道窑退火系列相互制约的技术难题。 

   而在项目启动前,上海光机所单片熔制技术生产率低、一致性和包边差、监测技术缺乏。也就是说,从产品性能到产能都无法满足国家装置需求。自我国启动重大科技专项以来,国家对大尺寸高性能激光钕玻璃的提出了更为迫切的需求。如何突破美国对我国禁止输出的钕玻璃连续熔炼技术变成上海光机所必须尽快解决的难题。 

攻关克难 掌握全流程生产技术 

   1964年,自中国科学院上海光学精密机械研究所建所以来,形成了一支包括基础研究、工艺技术、装备研发和检测技术研发在内的激光钕玻璃综合研发队伍,先后开展了硅酸盐激光钕玻璃和磷酸盐激光钕玻璃的研发工作。 

   据胡丽丽介绍,上海光机所围绕大尺寸激光钕玻璃批量制造关键技术,对大尺寸激光钕玻璃批量制造涵盖的连续熔炼、精密退火、包边、检测四大关键核心技术进行了持续攻关。10年来逐项打破国外技术封锁,取得了以连续熔炼为核心的大尺寸激光钕玻璃批量制造关键技术的突破,实现了涵盖大尺寸激光钕玻璃连续熔炼、包边和高精度检测的三项核心技术发明,自主发明并建成了具有中国特色的首条大尺寸激光钕玻璃连续熔炼线,实现了大尺寸激光钕玻璃的批量生产。 

   目前,上海光机所已成为国际上首家独立掌握钕玻璃元件全流程生产技术的机构。批量制造的大尺寸N31激光钕玻璃已经成功应用于我国神光系列装置和用于开展前沿基础研究的5拍瓦超强超短激光装置。 

部分指标国际领先 

   中国科学院组织的项目成果鉴定认为:以连续熔炼技术为核心的大尺寸高性能激光钕玻璃批量制造是一项十分复杂的系统工程,创新性强,整体水平达到了国际先进,部分指标国际领先 

   胡丽丽告诉记者,产品核心技术指标中,受激发射截面等4项领先国外同类产品,其余与之相当,参数一致性较原来技术提高2-3倍,生产效率提高10倍。项目研制过程中获得了9项授权发明专利,并制定了3个行业标准。 

    胡丽丽表示:该技术打破了国外的技术封锁和产品禁运;满足了我国激光聚变研究的重大战略需求;推动了我国特种光学玻璃的技术进步、人才培养;在激光聚变、工业激光器等中得到应用,产生了4.12亿元直接经济效益,5.65亿元间接经济效益。 

   胡丽丽透露,基于重频钕玻璃激光器的冲击强化技术,今后将服务于我国的先进制造领域。(人民网:葛俊俊,2017年3月24日)    

 


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