胡麗麗研究員檢視連熔激光釹玻璃

玻璃的形成和結構及性能演化機制是凝聚態(tài)物理最富挑戰(zhàn)的謎題之一。

全球玻璃行業(yè)市場規(guī)模巨大，預計2027將年超過1.5萬億美元。中國是世界最大的玻璃生產(chǎn)國（＞50%），但不少高端玻璃制品目前還受制于人。譬如一米見方就要賣30萬元的釹（音：nǚ）玻璃，它被裁切后裁切的釹玻璃，吸收了足夠多能量便能產(chǎn)生炫目的超強激光,可以成為超強激光器的“心臟”。美、德、日本等國家花費六年時間完成這種玻璃的研發(fā)制備后，將相關制備工藝技術、設備和產(chǎn)品實施了嚴格的封鎖、禁運。

這是中國發(fā)展超強激光面臨的重要挑戰(zhàn)之一。

中國激光玻璃領域的學術帶頭人，中國科學院上海光學精密機械研究所（簡稱：上海光機所）研究員胡麗麗歷經(jīng)7年努力，取得突破，為中國“神光”研制釹玻璃。

2025年1月，62歲、頭發(fā)花白的胡麗麗，在玻璃領域深耕38年后登上了ICG（國際玻璃協(xié)會）主席獎的領獎臺，是該獎項設立30年來第三位中國獲獎學者。獲獎證書上的一句話讓人感動：玻璃的夢想（glass dream）。在此之前，她榮獲旨在獎勵非晶態(tài)材料領域做出突出貢獻的杰出科學家的著名獎項——N. F. Mott獎，是該獎項自1983年設立以來的首位中國獲獎者。

激光釹玻璃

實干興邦，近十年努力突破，為中國“神光”制釹玻璃

“玻璃不像晶體，沒有規(guī)則的結構。讓玻璃擁有特殊的性能，研發(fā)出特種玻璃，難度不小，也缺乏系統(tǒng)性的理論?！比涨?，胡麗麗在接受澎湃科技專訪時表示。但瞄準國家重大戰(zhàn)略需求，她主動換了“賽道”。

“1987年開始從事玻璃研究以來，我的指導思想，包括跟學生也是這么說的，這個材料做了的話，就要用。材料的研究是最后要實現(xiàn)應用的。所以，我非常樂意在實驗室從基礎研究出發(fā)，最后把制備工藝技術走通，把產(chǎn)品做出來?！焙慃愡@么說，也是這么做的。在特種玻璃與光纖研發(fā)這一賽道里，她帶領團隊不斷創(chuàng)新。

為滿足中國自主研發(fā)激光聚變裝置的迫切需求，自2005年起，胡麗麗帶領團隊，從基礎研究出發(fā)，對新型高增益激光釹玻璃研發(fā)、大尺寸激光釹玻璃批量制備涵蓋的連續(xù)熔煉、精密退火、包邊、檢測四大關鍵核心技術進行了近十年的持續(xù)攻關。

其中難度最大的，當屬大尺寸激光釹玻璃的連續(xù)熔煉技術攻關。難題接踵而至，羥基和過渡金屬雜質(zhì)超標、玻璃炸裂、玻璃內(nèi)部出現(xiàn)條紋和氣泡。研究團隊一次次測試、分析、討論解決方案。

2012年，在大家的共同努力下，連續(xù)熔煉工藝中的重重難題終于被攻克。他們設計建立了激光釹玻璃連熔中試生產(chǎn)線，實現(xiàn)了全鏈條關鍵技術集成和貫通。

釹玻璃包邊工藝研究

截至目前，研究團隊圓滿完成“神光”系列裝置應用的大尺寸激光釹玻璃的研制。自主研發(fā)的激光釹玻璃成品鉑顆粒、羥基吸收系數(shù)等核心技術指標國際領先，成功挑戰(zhàn)了由美、德、日三家聯(lián)手才能達到的技術極限。

釹玻璃團隊

相關成果先后榮獲2016年度“上海市技術發(fā)明特等獎”、2017年度“國家技術發(fā)明二等獎”、2022年度“中國科學院杰出科技成就獎”。

八年攻堅，打破國外壟斷和禁運

光纖激光器是用光纖作激光介質(zhì)的激光器。其應用范圍非常廣泛，包括激光空間遠距通訊、軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設備、大型基礎建設等。進入21世紀以來，光纖激光器逐步占據(jù)了激光器市場的半壁江山。

萬瓦級高功率摻鐿大模場光纖的纖芯需要承受超高激光功率密度，極易引起色心（Color Center），導致輸出功率下降，破壞激光系統(tǒng)的穩(wěn)定性。公開資料顯示，色心是指晶體中的零維缺陷，導致光吸收或發(fā)射。

光纖超連續(xù)譜

摻鐿大模場光纖是高功率光纖激光器的核心增益介質(zhì)，它的作用是產(chǎn)生激光并對激光功率進行放大，從而實現(xiàn)上萬瓦的輸出功率。但該光纖產(chǎn)品及其制備工藝長期被美國Nufern、nLight等公司壟斷和嚴格管控，成為制約中國高功率光纖激光器發(fā)展的技術瓶頸。

特種光纖

自2011年以來，胡麗麗研究員帶領年輕的研發(fā)團隊，聚焦高功率激光光纖的激光效率、功率穩(wěn)定性和長期可靠性等三個難點問題。歷經(jīng)八年攻堅克難，他們從稀土摻雜石英玻璃構效關系基礎研究出發(fā)，在摻鐿激光光纖的纖芯成分設計、制備工藝優(yōu)化、包層結構創(chuàng)新三個方面開展了一系列研究工作，在國內(nèi)率先攻克了萬瓦級摻鐿大模場光纖的批量制備關鍵技術。

光纖預制棒

這一技術突破解決了中國高功率光纖激光器關鍵元件的問題，讓中國高功率光纖激光器裝上了國產(chǎn)“芯”。團隊研制的若干高性能摻鐿激光光纖也打破了國外公司的產(chǎn)品禁運，及其技術和產(chǎn)品壟斷，滿足了空間環(huán)境等高功率光纖激光器急迫的應用需求。2019年以來，研究團隊實現(xiàn)直接銷售額超過2億元，間接經(jīng)濟效益超過18億元。

高純石英

AI+特種玻璃構效理論研究，瞄準未來

鄧路博士從海外留學歸來，加入胡麗麗研究員團隊，目前主要做材料計算模擬和玻璃構效關系研究。他分享了2025年春節(jié)期間的一件小事：當時，國產(chǎn)開源人工智能大模型deepseek還沒像現(xiàn)在這么火，剛有一些媒體在報道。突然有一天，胡麗麗研究員就在工作微信群里發(fā)了一條deepseek相關的報道，希望大家關注，并分享了她自己的看法。

“她一直關注前沿。”鄧路說。

隨著人工智能AI的發(fā)展，玻璃的研究范式亟待改變。如何實現(xiàn)AI賦能的玻璃新材料快速開發(fā)，成為了當下熱點?！八鼘硎且环N工具，我們要學習好用好這種工具，使得我們特種玻璃的研發(fā)高效、精準。”胡麗麗研究員表示。自“十四五”開始，她積極引進學科交叉領域的海外優(yōu)秀人才，打造涵蓋玻璃結構性能表征、分子動力學模擬、AI輔助建模的玻璃構效關系研究平臺。為了進一步加快玻璃構效關系平臺的建設進程，胡麗麗研究員帶領團隊成員多次走訪相關單位，組織學術論壇，積極謀劃相關平臺的論證工作，有望在“十五五”期間構建一個集高通量制備、AI輔助建模、結構表征驗證的特種玻璃材料構效關系平臺，創(chuàng)新特種玻璃研發(fā)范式。

特種光纖團隊