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同等功率下，激光脈沖的持續(xù)時間越短，瞬時功率就越大。當(dāng)激光脈沖持續(xù)時間短至千萬億分之一秒級，瞬時峰值功率可超過百萬億瓦，超過全世界所有發(fā)電廠裝機功率總和的上百倍。這就是飛秒激光。

通過調(diào)節(jié)飛秒激光脈沖在時域、空域和頻域的性質(zhì)，飛秒激光就會變成一把形狀、性質(zhì)可調(diào)，無堅不摧的柔性刀具，在微米、納米尺度下完成高精度切割、打孔、調(diào)平等，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)電子層面的調(diào)控……20多年前，姜瀾看到了飛秒激光應(yīng)用的巨大潛能。

如今，在北京理工大學(xué)機械與車輛學(xué)院，姜瀾及其團隊在國際上率先預(yù)測了飛秒激光加工形狀，率先提出了飛秒激光電子動態(tài)調(diào)控制造新原理，率先實現(xiàn)了激光制造中電子層面主動調(diào)控，率先研制了首套跨尺度準三維超快連續(xù)觀測系統(tǒng)，率先實現(xiàn)了激光制造中電子層面的觀測，率先實現(xiàn)了飛秒激光制造的重大工程應(yīng)用，率先實現(xiàn)了飛秒激光制造的規(guī)模化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

不懼挑戰(zhàn)，攻關(guān)科技難題

自1960年人類第一臺紅寶石激光器誕生以來，科學(xué)家們不斷將激光的性能推向更快、更強。上世紀80年代，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)激光脈沖持續(xù)時間短至千萬億分之一秒級、強度超過百萬億瓦級的超快、超強區(qū)間后，經(jīng)典的理論模型已經(jīng)不能夠解釋這一超快超強電磁場與物質(zhì)的相互作用機理，這成為制約飛秒激光發(fā)展的瓶頸。本世紀初，姜瀾進入了飛秒激光制造研究領(lǐng)域。

上本科時，姜瀾對物理產(chǎn)生了強烈的興趣，“‘相對論’‘量子力學(xué)’都是那時我潛心鉆研的方向，以激光為代表的高能束制造本質(zhì)上是能量與物質(zhì)的相互作用，是我非常感興趣的方向”。

沒有團隊、沒有項目、所關(guān)注的只是三級學(xué)科領(lǐng)域的一個研究分支，回憶起20多年前孤身入局的情境，姜瀾的嘴角泛起一絲幸福、回味的微笑。“那是一段無人打擾的獨自潛心研究的美好時光?！?/p>

6年后，姜瀾在飛秒激光制造理論研究中取得了突破性進展。他提出了改進雙溫度模型，將經(jīng)典雙溫度方程的適用范圍從電子低溫區(qū)擴展到了任意電子溫度范圍，提高了飛秒激光加工閾值預(yù)測精度。他建立了等離子體量子模型，首次預(yù)測了飛秒激光加工形狀，成功預(yù)測了系列重要反常效應(yīng)，獲得了包括諾獎得主在內(nèi)的廣泛國際實驗驗證和正面評價。

2006年，姜瀾在北理工組建了國內(nèi)第一支飛秒激光制造及其應(yīng)用科研團隊。

當(dāng)時，擋在團隊面前的是又一道障礙。飛秒激光加工效率低，精度差于衍射極限，深徑比低，這些飛秒激光加工的“固有缺陷”，正是導(dǎo)致飛秒激光加工20余年未能走向?qū)嶋H應(yīng)用的原因。

姜瀾應(yīng)用他所建立的模型揭示，要解決上述難題，核心是“能否調(diào)控局部瞬時電子動態(tài)”。根據(jù)他的理論模型預(yù)測，姜瀾提出可通過飛秒激光時空整形實現(xiàn)激光制造中局部瞬時電子動態(tài)的主動調(diào)控，進而控制加工結(jié)果的技術(shù)路線。這一技術(shù)路線大幅拓展了激光制造的極限能力。在這一理論模型的支撐下，姜瀾團隊將飛秒激光加工效率提高了56倍，可重復(fù)加工精度達波長的1/14，深徑比極限從20∶1提高到超過5000∶1。

其后，姜瀾提出并帶領(lǐng)其團隊研制了跨尺度準三維超快連續(xù)觀測系統(tǒng)。“跨越15個時間數(shù)量級，峰值幀速率達數(shù)萬億幀/秒的觀測系統(tǒng)驗證了飛秒激光電子動態(tài)調(diào)控制造新原理?！苯獮懻f。

在國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展中，姜瀾團隊的飛秒激光電子動態(tài)調(diào)控制造成果入選。11位院士組成的鑒定委員會這樣評價：“率先實現(xiàn)了激光制造中電子層面的主動調(diào)控和飛秒激光加工的產(chǎn)業(yè)化與重大工程應(yīng)用……總體達到國際領(lǐng)先水平。”

服務(wù)國家重大需求和國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場

一個外行走進飛秒激光微納制造研究室，很難將眼前的大型實驗設(shè)備以及排布在工作臺上的數(shù)百個光學(xué)鏡片與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來。而突破了基礎(chǔ)科研的研究人員卻已看到了極其廣闊的應(yīng)用前景。

手機屏幕異形切割是手機制造的關(guān)鍵技術(shù)。“一塊手機屏幕的結(jié)構(gòu)就像一塊多層蛋糕，在不同層分別分布著玻璃、聚合物、金屬、絕緣體，還有膠水。”姜瀾說，“傳統(tǒng)刀具束手無策之地，正是飛秒激光大顯身手之處?！蹦壳?，應(yīng)用姜瀾提出的電子動態(tài)調(diào)控切割新工藝，與大族激光合作研發(fā)的飛秒激光制造裝備在全球市場的占有率達到60%。

難加工材料的三維復(fù)雜微細結(jié)構(gòu)加工是尖端制造領(lǐng)域的世界級難題。姜瀾發(fā)明了電子動態(tài)調(diào)控制孔、切割、調(diào)平、刻型等新技術(shù)，帶領(lǐng)其團隊研制了一系列主要指標顯著優(yōu)于國際水平的新裝備，為37個國家重大科技工程和國家重大裝備奠定了基石。

姜瀾說：“強大的制造業(yè)是強國建設(shè)的基石，而且制造業(yè)的強大往往領(lǐng)先強國地位確立20年?！?/p>

“十二五”期間，高能束制造成為了國家自然科學(xué)基金委重點支持方向，姜瀾擔(dān)任高能束與特種能場制造領(lǐng)域負責(zé)人，并牽頭撰寫了“十二五”以來基金委高能束與特種能場領(lǐng)域的系列規(guī)劃。

“十三五”和“十四五”期間，姜瀾擔(dān)任了國家重點研發(fā)計劃“增材制造與激光制造”重點專項實施方案編制專家組、指南編制專家組和總體專家組組長。他投入大量時間致力于國家在先進制造領(lǐng)域首個啟動的重點專項。目前，專項已部署相關(guān)研發(fā)項目112個，有力推動了我國增材制造與激光制造躋身國際第一梯隊。

瞄準科技前沿不斷突破

已經(jīng)在研究所入職兩年的張學(xué)強現(xiàn)在還記得在美國加州大學(xué)伯克利聽姜瀾講座的情景?！八v了飛秒激光制造的技術(shù)進展，也講了飛秒激光制造潛在的應(yīng)用前景?！睆垖W(xué)強說，“講座后，我們交流時，他問我‘愿不愿一起做點真正的科研’，這一句話把我召回來了。”

姜瀾技術(shù)團隊的學(xué)生都知道，姜老師反對發(fā)“水文章”。博士生連易靈解釋說：“別人做過的實驗，拿回來復(fù)現(xiàn)，再調(diào)整一下參數(shù)；或者別人的實驗，換一種材料再做一遍，都是‘水文章’?！?/p>

真正的科研是什么？姜瀾說：“要么在學(xué)術(shù)前沿取得突破去頂天，拓展人類的認知領(lǐng)域；要么在國家重大需求和國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場實現(xiàn)應(yīng)用去立地，攻克關(guān)鍵技術(shù)問題?！?/p>

嚴格的要求帶出了一支過硬的科研梯隊。姜瀾培養(yǎng)了博士和博士后33名，40%任教于“雙一流”高校、57%就職于國家重點行業(yè)相關(guān)研究機構(gòu)。他所指導(dǎo)的博士生曾獲中國機械工程學(xué)會“上銀優(yōu)秀機械博士論文獎”6次，包括銀獎、銅獎、優(yōu)秀獎、佳作獎，“挑戰(zhàn)杯”全國競賽特等獎等，2人獲批歐盟“瑪麗·居里”學(xué)者。至今，姜瀾已培養(yǎng)了9名國家級高層次人才。

在北理工飛秒激光微納制造研究所里，飛秒激光的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷取得突破。李曉煒教授正在致力于飛秒激光制造的系列重大應(yīng)用。胡潔教授正在聚焦醫(yī)工融合，飛秒激光技術(shù)可以為骨腫瘤治療提供抗菌、抗凝血、可載藥的醫(yī)療器具。李欣教授正在關(guān)注復(fù)合材料加工在航空航天中的應(yīng)用。

在姜瀾看來，飛秒激光無堅不摧的特性，也應(yīng)該是一支有志于真正科研的團隊所具有的特性?！懊闇士萍记把?，服務(wù)國家需求，這是我們這代科研工作者的時代使命，也是我們工作不斷取得突破的秘密?！苯獮懻f。