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大尺寸高性能激光钕玻璃批量制造关键技术及应用

2017-03-22 19:54:47 杭州亭柏激光加工中心 阅读

“钕玻璃”是玻璃“家族”中最金贵最娇气的“超能力公主”。杭州激光打标得知中国科学院上海光学精密机械研究所是国际上首家独立掌握激光钕玻璃元件全流程生产技术的机构。今天(22日),该所胡丽丽研究员领衔团队的“大尺寸高性能激光钕玻璃批量制造关键技术及应用”荣获2016年度上海市技术发明奖特等奖。

激光工作的最强心脏

其实,对钕玻璃我们并不陌生,科创上海的“国之利器”——有望于今年在国际上率先实现10拍瓦激光输出的上海超强超短激光装置(SULF),使用的激光工作介质就是钕玻璃。杭州激光刻字还记得SULF实验室里那些神秘的紫色玻璃“镜子”吗?那便是钕玻璃!

数千片大口径高品质的钕玻璃在激光装置中,仿佛一声令下便能迸发最强战斗力的“千军万马”列阵,能将微不足道的纳焦耳级(10的-9次方焦)的“种子光”瞬间放大至兆焦耳级(10的6次方焦)的 “小太阳”。胡丽丽研究员告诉记者,钕玻璃中含有稀土发光离子——钕离子,练就一身在能级的“摩天大厦”里奔上跑下的好功夫,可以在能级的大幅跃迁过程中形成已知最大能量的激光。

无价之宝的技术突围

美、英、法、日都已拥有厉害的高功率激光实验装置,在激光钕玻璃的研究上也抢得先机。其中,杭州激光打标得知:世界上最大的钕玻璃激光聚变装置——美国国家点火装置(NIF)更是将激光钕玻璃连续熔炼技术列为自家七大技术奇迹之首。

一块钕玻璃标准件的表面积远不及一块汽车挡风玻璃,但其身价却足抵一辆高档轿车,用“无价之宝”来形容它也并不为过——掌握激光钕玻璃关键技术的西方国家对我国实施严格的技术封锁和产品禁运。因此,上海光机所自1964年建所以来就矢志拿下这顶玻璃研究界的“皇冠”。尤其是最近十几年持续攻关,在钕玻璃的连续熔炼、精密退火、包边、检测等全部核心技术上逐项打破国外技术封锁。美、德、日三家联手才能达到的技术极限,我们一家就挑战成功了!

目前,我国唯一的年产1200片大尺寸高性能磷酸盐激光钕玻璃的批量制造线,就在上海光机所,它已为神光系列等装置提供千余片大尺寸钕玻璃,直接销售额3.76亿元,间接经济效益5.13亿元;它还与美国、俄罗斯和欧洲的科研机构建立了合作,上海研制的钕玻璃棒已应用于国际三大著名激光器公司。

玻璃世界的极限挑战

钕玻璃的“标准身材比例”是810毫米×460毫米×40毫米,制造竟需要4-6个月之久。普通人可能很难想象把娇气又活泼的钕玻璃打磨成“完美玻璃”的艰辛——成品需同时符合高光学质量、低应力、无铂颗粒等夹杂物、高一致性等28个技术指标。上海研制的激光钕玻璃4项指标领先国外同类产品,其余与之相当。

杭州激光雕刻说,最难的是连续熔炼与包边。比如,从一个坩埚一个坩埚地手工烧,到半自动生产线,再到现在的全自动流水线,在流动中为钕玻璃除水。要知道,没有除好水的钕玻璃不仅易发霉,而且能量放大率将大打折扣,这折扣可是10的好几次方。为钕玻璃坯片包边,不仅要无缝粘合,而且要吸收杂散光,控制应力,对复合材料粘合剂的要求近乎苛刻。“不仅一块钕玻璃的任何部分都高度一致,而且数千个钕玻璃元件的性能都一致,这对大型激光装置而言至关重要!”