四十年前,邓锡铭等科学家在上海嘉定开启了我国高功率激光核聚变研究之路,研制的装置张爱萍将军亲自命名为神光。从此,这一代代神光人就肩负使命,筚路蓝缕,开启了征程。今天,有很多像郭亚晶这样的神光人还在继续怀抱梦想,奔赴未来……
从实验室出来路灯已经亮了,郭亚晶已经记不清这是连轴转的第几天。回家的路上吸了口冷气,抬头望星,却见洁白的月,月如盘,白如雪,她有点开始思念家乡的雪,回忆起从前。
当十多年前郭亚晶踏进上海光机所与神光装置结缘的时候,她可能也没想到人生最美的青春年华将在这里度过。再往早了说,她在踏进大学校门的时候,没想到自己选择的物理专业会是她事业的起点。她也没想到,自己在世界最具有挑战的光学工程领域——高功率激光技术领域也能做出一些令自己还算满意的成绩,当然这是她自谦的说法。当你听完有关她的三个小故事后,你一定不会再以为她仅仅是一个名字里闪闪发光的女生了。
左一为郭亚晶
(该图由文汇报记者拍摄)
一 院士的亲笔评语
郭亚晶的博士生导师林尊琪院士,为她亲笔撰写了满满两页论文评价意见,这是很多学生没有的。字里行间充分说明她工作的重要性和做出的成绩:“……所以,以研究产生最高三倍频激光输出的效率,研究尽可能高的三倍频激光损伤阈值的方法,研究三倍频损伤的计量标准则成为激光科学家和工程技术人员必须探索和解决的重要科技问题之一……郭亚晶论文主要研究了三倍频横向受激拉曼散射(TSRS)小尺寸自聚焦,以及由于传输介质的缺陷、亚表面损坏、元件表面有机和无机杂质诱发的损伤等机制,做了相关的理论和大量有实用意义的实验研究。为激光驱动器三倍频技术发展做出了一定的贡献……”一方面这是导师对她研究生阶段工作的总结和肯定,另一方面,课题内容也是林院士在他最后的岁月里依然最为关注的问题,她看到这些又回忆起自己的学生岁月和林院士认真工作的样子,对此她倍加珍惜。
在博士毕业留所工作后,郭亚晶继续在该领域深耕,在林尊琪院士的指导下,后来相关研究成果应用到了新装置的设计中。郭亚晶开创的基于灰度抑制分水岭算法的光学元件损伤特性测试和评价方法后来为高功率激光系统光学元件损伤特性的评判提供了准确高效的评判手段。这项工作前后历经十多年,从播种到培养,最近她打算将这种方法制定成一项测试标准,目前初稿已完成。
郭亚晶在调试光路
二 她成为了一千分之一
说起美国国家点火装置(NIF)熟悉的人可能并不多,但说起氢弹大众应该并不陌生。NIF装置属于劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL),其创始人之一就是著名的“氢弹之父”爱德华·泰勒。LLNL的官网上赫然写道:70年来其决定性责任是确保国家核威慑力量的安全、保密和有效性,这也是二十世纪90年代全面禁止核试验之后NIF装置建造的最重要的意义所在。但是该项目几经周折,在质疑中不断完成一个个挑战,一直到2022年底才实现预定的目标,这比预期晚了近十年,这也充分说明这个激光工程极具挑战性。而我国的神光装置亦是朝着这个目标不断前进,郭亚晶一加入联合实验室就开始接触这一项激光工程最为难啃的部分。
在NIF装置全面建成后公开发表了系列文章全面总结和展示这项世界级的、堪称“艺术品”的光学工程,这也掀起了国内同行了解美国先进技术的一个热潮。细心的人发现,他们引用了近一千篇参考文献,只有一篇来自中国,而这唯一的一篇就是郭亚晶在攻读博士学位期间发表的关于测量高功率激光系统一个最为关键的光学元件KDP晶体的TSRS增益系数的文章。相关数据与国际同行基本吻合,也证明了我国在核心元器件领域达到了国际领先水平,实现自主可控。相关的成果也成为了新装置设计的依据。这一千分之一虽然不能说明所有的问题,但起码说明这项工作的重要意义。
三 再次启航,“瞄准”最难的题
在万米高空时时刻刻瞄准飞行中的小蜜蜂的翅膀尖端!这就是困扰高功率激光国际同行三十多年的难题:光束指向稳定性控制。虽然郭亚晶并不是第一个提出解决方案的人,但是她的方案可能成为最有可能解决该问题的方案。
高功率激光系统建成之初人们就意识到源于环境的各种振动导致光束最终无法绝对静止地汇聚到靶丸上;三十年过去了,近期欧洲同行依然企图采用巨大体积人造钢混地基实现隔振,但其效果并不理想。
课题组里同事最早提出通过用高速相机探测光束指向,用快反镜控制光束指向的方案,该方案的关键是如何通过模拟光将光路中数十块光学元件引起的振动表征出来。同事制定的早期方案需要对装置进行伤筋动骨的改造,真正进入工程实施面临一定未知的风险,这是工程研制中不可接受的。正在这项工作陷入困境的时候,她提出新的方案,巧妙地回避了对装置的大改造,且能实现相同的效果。郭亚晶的特点就是不断琢磨,特别是遇到具体困难时能把一个个萌生的灵感培育出果实。
(该图由文汇报记者拍摄)
三个小故事讲完了,但是属于郭亚晶的故事远远没有结束。工程研制任务铺开后,郭亚晶顿感压力大增,不但承担了大量的工程研制任务,还负责了诸如精密时间同步测量、光束指向控制等技术攻关任务,这每一项都是写进上光所“十四五”规划中的尚待攻克的高功率技术难题。随着工程建设的推进,以前尚在离线测试中证明的技术将首次在神光这样的光学工程中得到应用,这让她倍感兴奋也倍感压力。应用效果如何的答案也将在2024年陆续揭晓,对这一点她满怀信心。
家乡的雪还没融化,冬依然很冷,她收拾好行囊启程赴上海的春天。不平凡的2024年,从一场瑞雪开始~
郭亚晶拍摄于家乡黑龙江
来源:激光评论,编辑:武利荣