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大連化學物理研究所化學激光研究團隊先進事跡-注意那個氧碘化學激光

(2007-02-06 08:48:42) 下一個
光,自古以來就是人類認識自然、改造自然的一種有力工具,“鬆明子”照明就是最早的“化學發光”,但傳統意義上的光都不是激光,更不是化學激光。激光是20世紀60年代繼原子能、計算機、半導體之後20世紀迅速發展起來的一門高新技術,化學激光更是由於其可獲得的巨大功率和寬的光譜覆蓋麵而在各種激光器的競爭中脫穎而出,成為個中翹楚。

中科院大連化學物理研究所化學激光研究室早在七十年代初就開展了HF/DF等化學激光的研究工作。二十年來,特別是近十幾年來,化學激光研究室的科研人員發揚了不怕苦、不怕累、連續作戰的拚搏精神和嚴謹的科學態度,不斷開拓創新,勇攀科學高峰,一步一個腳印,幾年一個台階,使氧碘化學激光(COIL)研究水平在很短時間內跨入了世界先進行列,近幾年化學激光研究成果連續兩次獲得中科院科技進步特等獎、一次國家科技進步二等獎,發表論文近百篇,有力地促進了我國化學激光事業的發展。

以創新基礎研究抓好團隊梯隊建設

化學激光是指通過釋能化學反應實現激活介質粒子數反轉的激光係統,其包羅對象寬泛,國際上學術競爭激烈。為了搞好化學激光研究,化學激光研究室一直把創新放在第一位。首先是站在化學激光發展的前沿,向國家建議立項,保證了科研課題選題的先進性和前瞻性,並長期堅持下來。其次瞄準國際上采用的先進設計概念和關鍵技術,把基礎研究作為重中之重來抓,以基礎研究前沿性、戰略性的龍頭作用帶動相關學科的建立,全方位構建化學激光研究團隊。

目前,化學激光研究室聚集了化學激光理論基礎、應用基礎研究和技術攻關的多方麵人才,上有院士、研究員做科學、技術後盾,下有博士、碩士等多名研究人員及工程技術人員,學科發展遍及超音速氧碘化學激光器、單重態氧發生器、氧碘化學激光器效率、光腔研究、光學元件加工與鍍膜、氧碘化學激光測試與診斷、新型引射源等方向,真正形成了一個多學科多專業交叉的學術研究團隊。

張存浩先生是化學激光研究室的第一位室主任。他敏銳把握化學物質在儲能和釋能方麵具有的優越性,帶領全室同誌,從1972年起相繼開展了CO2氣動激光、HF化學激光等化學激光新體係的研究。幾個激光體係同時布點,研究工作齊頭並進,楊柏齡、莊琦、桑鳳亭等逐漸成長為科研中堅力量。在HF化學激光研究激光器研製中,楊柏齡研究員在較短時間內拿下了超音速微噴管列陣這個攔路虎,大大縮短了實驗研製進程。

1991年,化學激光研究室主任莊琦等同誌敏銳意識到大體積大電流均勻放電技術在脈衝COIL研究中的桎梏,重點開展連續波COIL研究。在1992年建成連續波COIL裝置的基礎上,於1993年成功建成超音速COIL裝置,使我國COIL研究進入一個新天地。

從1996年開始,化學激光研究工作由桑鳳亭研究員主持。他果敢地提出了超音速COIL的總體設計新思想,並身先士卒,始終奮戰在科研第一線。在充分發揮老同誌傳幫帶作用的同時,他給年青人創造條件,壓擔子,積極調動年輕科技人員的積極性,放手讓青年科研人員在實踐中很快成長。這期間,大連化物所的COIL研究工作取得了重大突破,獨立發展了自己的COIL新技術,並承擔了多項國家任務,解決了一係列COIL研製和工程技術等難題,先後兩次榮獲中科院科技進步特等獎、一次國家科技進步二等獎,使我國的COIL研製工作達到了國際先進水平。同時,金玉奇等年輕科研人員嶄露頭角,他在COIL上采用“束轉動90度環形非穩腔”,明顯提高了光束質量。今天,金玉奇研究員已成長為新一任研究室主任,許多年輕人也已成為化學激光研究的骨幹,工作中非常出色。

以應用基礎研究塑造團隊攻堅能力

氧碘化學激光器是目前化學激光器家族中波長最短的激光器,也是目前唯一工作在電子態之間躍遷的化學激光。它具有高能、高效、光纖傳輸性能好、大氣傳輸窗口等特點,使它在工業、醫療和軍事等領域有很好的發展和應用前景。

化學激光研究團隊在工作中勇於探索,不斷開拓創新,不斷發展出新技術,不斷開辟應用基礎研究新局麵,在氧碘化學激光器單元技術研究、性能參數測試診斷以及化學激光的機理與技術研究方麵取得一係列切實可行的技術和成果,保證了化學激光研究的不斷突破和可持續發展。

單重態氧發生器是氧碘化學激光器最關鍵的部件。單重態氧發生器O2( D)的絕對濃度測量一直是人們關注的問題,對氧碘化學激光器性能參數的測試而言,尋求一種方便快捷,切實可行,可以實時測量的方法非常必要。化學激光團隊在國內外首次用模擬體光源發光的方法Piston Source標定單重態氧的自發輻射的熒光強度,測量了O2( D)的絕對濃度。該測試方法的建立,結束了實驗室O2( D)濃度相對監測的曆史。文章發表在J. Phys. Chem. A 2000上,獲得專利一項。該項成果在國際大會做口頭報告一次,國內大會做口頭報告兩次,贏得美國、德國、日本、捷克、韓國等國專家的一致好評。德國DLR研究所所長、氧碘化學激光研究專家Bohn教授表示,他們實驗室正在籌備用該方法測量單重態氧的產率,但大連化物所化學激光研究室的工作搶在了他們前麵;韓國科學家金澤中特意到化學激光研究室參觀,表示要加強在化學激光應用基礎研究和診斷測試方麵的合作。

氧碘化學激光器小信號增益的分布是是一項非常重要的應用實驗研究工作。其基本的實驗技術原理是基於小信號增益的定義以及小信號增益隨入射光頻率存在著分布即增益線型。 該研究首次使用亞音速小型氧碘激光器做探測光源,測量氧碘激光器小信號增益二維分布;在國際上首次采用調頻技術直接對超音速氧碘激光器的增益譜線和增益線寬進行了測量;創造性地使用多麵體柱麵鏡的旋轉來完成COIL二維空間增益掃描測量。這些方法極具實用價值,為各種氣體流動激光器增益測量提供了有效方法。該項成果通過了院組織的科技成果鑒定。在國際大會做口頭報告一次,國內大會報告一次,國內外刊物發表論文7篇,獲得專利一項。該測試方法的建立及測試裝置的建設具通用性,為化學激光新體係的研究提供了有效的測試方法和手段。

近年來工業應用對氧碘化學激光器有很大的需求,為適應市場的要求——降低成本和小型化,化學激光研究室在使用氮氣做稀釋氣體的氧碘化學激光器的研究中也取得了較大的發展,N-COIL的化學效率達到了25%。同時配合N-COIL使用的低溫吸附的研究也取得了階段性的成果,為氧碘化學激光器的工業應用打下了良好的基礎。

以集成高技術研究凝聚團隊奉獻精神

研製COIL激光器,需要集成基礎研究的成果和多種相關技術,需要搞綜合性的科研,需要凝聚力強的隊伍和團隊精神。正所謂“團結就是力量”,在桑鳳亭主任領導的COIL激光器研製中,全研究室各課題組發揚團隊精神,通力合作,真正做到“全室一盤棋”,大家心往一處想,勁往一處使,保證了COIL研製的飛快發展。

化學激光研究團隊以國家需求為己任,以激光科學世界前沿為目標,敢於挑戰尖端,不斷攀登科學高峰。90年代初,針對研製一台具有一定激光輸出功率和良好光束質量COIL裝置的用戶委托科研任務,在公開資料少、國內加工工業配套困難、技術集成經驗少的情況下,化學激光研究室COIL研究團隊明知山有虎,偏向虎山行,義無返顧地承擔起這項任務,立即組織力量向超音速COIL進軍。針對國內加工技術的現狀並結合獨創的設計思想,僅用了兩年時間,他們攻克了一個個技術難點,解決了關鍵部件的研製,探索了係統集成的經驗和規律,最終使激光器激光輸出功率和光束質量達到了用戶提出的指標要求,保質保量地完成了激光器的研製任務。該成果通過中科院的科技成果鑒定,並被評為中科院科技進步特等獎。

化學激光研究團隊是一個不怕苦,不怕累,甘心奉獻的群體。在一次激光器係統安裝測試試驗中,正值8月份,室外氣溫高達38℃,甚至到了9月中旬氣溫仍是32℃多。化學激光作業組二十多人,其中年齡最大的已經60歲。這些日子裏,許多同誌白天熱得吃不下飯,晚上又被老式空調吵的睡不好覺,體重明顯減輕。記得那年的中秋節是在試驗現場度過的,大多數人是第一次在異鄉過節,就在“每逢佳節倍思親”的時候,所領導給作業組的同誌們發來了慰問電和祝福,同誌們備受鼓舞,他們把濃濃的思念之情化為工作的動力,為完成試驗任務默默地奉獻著。就是在這樣的環境中作業組堅持工作了近50天,一天工作十多個小時,第一個到達現場的總是化學激光作業組的同誌,最後離開的也是這些同誌。

化學激光研究團隊全體科技人員在工作中嚴把技術關,始終使激光器處於最佳狀態。實驗時,COIL的BHP配製不穩定,不僅影響輸出功率大小,而且影響激光器的穩定性。經過大量觀察和仔細分析,找到了出現泡沫的原因是由於發生器不幹淨,存在金屬離子造成的。通過改進配液規程,改變發生器清洗方法,使這一“攔路虎”得到了很好的解決。我國光學界老專家王大珩院士一次參觀實驗後,對化學激光研究團隊精益求精的工作作風給予了高度讚揚。他非常風趣地說:“一般實驗都怕見領導,平時實驗非常好,可領導一來參觀,就出問題。可大化所的激光器是參觀的領導官越大,激光器性能越好”。

30多年來,敬業愛崗,甘於獻身科學事業,在化學激光研究室己不是空話和套話;勇於承擔重任,團結協作,努力開拓創新,也已成為他們緊迫的曆史使命感和責任感。他們也知道科研工作中充滿了競爭,也布滿荊棘,但他們更知道如何從中脫穎而出,如何勵精圖治去實現心中的理想。正是由於繼承了老一輩科學家的團結拚搏精神,並矢誌不移的加以發揚,才有了今天日益壯大的化學激光研究室。

目前,擺在化學激光研究室麵前的任務仍然非常艱巨,科研中還有許多問題需要去解決,特別是與國外化學激光的研究水平還有較大的差距,趕超國際水平還有很長的一段路要走。“挑戰尖端、甘於奉獻、開拓創新、勇攀高峰”, 化學激光研究室正在倍加努力地工作,繼續在攀登科學高峰的崎嶇道路上,為我國激光事業的發展貢獻力量,爭創更大的輝煌。

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查了一下,美軍裝在波音747上用於彈道導彈助推段攔截的就是氧碘化學激光器。該激光器能夠摧毀250千米內的導彈,其波長為1.3 m,是目前波長最短的高能化學激光器。由於其波長短,能夠縮小反射鏡的直徑並提高激光在靶麵上的耦合效率。美軍這套激光器的功率達到了百萬兆瓦級,不知俺們現在能達到多少了。當然,就算俺們有了功率夠強的激光器,而且也解決了實用化的問題,也未必就會象美軍一樣急匆匆把它搬上飛機。一是俺們可沒有自己的波音747這樣大塊頭的飛機,二來俺們可沒有美國空軍的絕對製空權。考慮到整套係統的可怕體積,能裝在重型車輛上進行機動就已經很不錯了。
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