人類已知最亮光源在哪?上海這位女科學家正和團隊一起找尋它

發布時間:2019-03-14

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今年三八國際婦女節的早晨,中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室副主任梁曉燕接到了同事們的道喜微信,她獲得了“上海市三八紅旗手標兵”稱號。短暫的高興之后,梁曉燕又投入到了緊張的工作中。在所長李儒新院士的帶領下,實驗室正在研制100拍瓦級激光裝置,前期進展也在按序推進。

“我認為自己是一個很普通的科研工作者,我想做的,就是把自己守護的崗位做到最好。”梁曉燕說。

結緣激光 發現物理之美

高中時的梁曉燕就對物理的推理和邏輯充滿興趣,在山西大學物理系,她對光學“一見鐘情”。都說情人眼里出西施,那些常人看起來復雜的公式在梁曉燕眼中卻別有韻味。從本科到博士后,她的選擇都是激光物理。盡管辛苦,但梁曉燕樂在其中。

梁曉燕曾在山西大學電子系擔任了5年的教師,這五年讓她意識到,“學得好”和“講得好”之間并不能畫等號。為了讓深奧的理論更加通俗易懂,每上2小時的課,她都要準備一兩周。“我教授的數理方法課程里會講到拉普拉斯變換。我自己學習時覺得很難很復雜,但我做老師將其理解透徹后,發現它是一個極具自然美的東西,在不同的邊界條件下,其變換就自然而然的是那個樣子。其中的美是簡單的、自然的。”梁曉燕笑著說。

2001年,梁曉燕前往德國凱澤斯勞滕大學物理系,開啟了兩年的博士后生涯。但第一次走進德國的實驗室,滿懷期待的她收獲的卻是失望——國際先進水平的實驗室竟也擁擠、雜亂,也并非遙不可及。但漸漸地,德國人嚴謹認真的工作態度讓她看到了亂中有序,看到了人家之所以領先的內在競爭力。有一次,梁曉燕獲得了一條堪稱完美的實驗曲線,還沒來得及高興,實驗室同行們就提出了質疑,并要求查看她的實驗數據記錄,直到反復確認無誤后,才向她表示了祝賀。“他們對實驗器材的管理也很嚴格規范。每一個鏡片都清楚地標注了鍍膜時間和參數,設備擺放也井井有條。”回國后,梁曉燕也把從德國學到的嚴謹帶到了工作中,她可以允許實驗過程中的儀器損耗,卻絕不原諒因個人不愛護而造成的器材損傷。

2003年,準備回國的梁曉燕關注到中科院上海光機所由徐至展院士領導的超強超短激光國家重點實驗室,從上世紀60年代起就一直致力于超強超短激光的技術研究,恰巧上海光機所也正求賢若渴,于是梁曉燕加盟這一研究團隊。

不斷突破 找尋最亮光源

超強超短激光,是人類目前已知的最亮光源,其發展已經成為國際科技競爭重大前沿之一,利用這種特殊的激光,科學家們可以對蛋白質中原子運動探測成像,揭示生命的奧秘;或研發激光質子刀,進行癌癥治療;還可以用于產生反物質,一探天體物理和宇宙起源……去年三位諾貝爾物理學獎得主的獲獎理由,正是用于激光物理領域的突破性發明。

2003年剛入所時,超強超短激光實驗裝置輸出瞬時功率的最高峰值是0.1拍瓦,這在當時已是了不起的成就。次年,梁曉燕和團隊一起向著1拍瓦的目標努力,并于2007年成功實現0.89拍瓦激光脈沖輸出。再后來,團隊邁進的步伐越來越快——團隊研究的“飛秒拍瓦級超強超短鈦寶石激光技術及其重要應用”獲2012年上海市科技進步一等獎;2016年,上海建設具有全球影響力的科創中心,打造世界重大科技基礎設施集群的首批重大項目——由李儒新院士領導的上海超強超短激光實驗裝置在浦東張江開始建設,梁曉燕擔任裝置副總工程師。2017年10月,團隊成功實現了10拍瓦激光放大輸出——這是目前已知的世界最高激光脈沖峰值功率,在國際同類研究中處于領先水平。

研制的過程并不是一帆風順的,梁曉燕和團隊“五加二”“白加黑”地向目標沖刺。要知道,當功率高到一定程度,哪怕再提高一點點,都極為困難。“突破的關鍵在于如何更高能量地傳遞輸出的超短激光脈沖。”梁曉燕透露。上海超強超短激光實驗裝置被命名為“羲和”,羲和是《山海經》中記載的生下10個太陽的女神。而兩年前實現的10拍瓦激光輸出,恰相當于在極短瞬間10個太陽輻射到地球上的總功率,匯聚在一根頭發絲上。

“每個人都有自己的崗位,我把工作放在了第一位。好在家人都特別理解、支持我。”對于家庭,梁曉燕心懷愧疚,“在上海超強超短激光實驗裝置實現10拍瓦脈沖輸出之前,好幾個月我們都住在實驗室里,每天都要干到凌晨兩三點。”兒子上小學時,梁曉燕把鑰匙掛在了他脖子上,幾乎沒有接送過;大學新生入學時,也是他拎著行李獨自前去。“幸好,他們也都覺得,把工作做好是職責必須。”

在超強超短激光所需的技術里,其中一項有個詩意的名字:啁啾脈沖放大技術,它可以將激光脈沖時間壓縮到飛秒量級。“啁啾”形容的是鳥兒的啼聲,剛開始往往低沉,之后不斷上揚,直沖云霄。如今,上海光機所強場激光物理國家重點實驗室正繼續著追光之旅。在硬X射線自由電子激光裝置上,屬于中國的新紀錄正向他們招手。

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