1960年人类第一台激光器在美国诞生,1961年中国有了自己的第一台激光器。1963年毛泽东主席在听取聂荣臻汇报十年科学技术规划时提出:“死光(指激光),要组织一批人专门去研究它。要有一小批人吃了饭不做别的事,专门研究它。”1964年,中国科学院上海光学精密机械研究所(以下简称“上海光机所”)建所,是中国第一个激光专业研究所。
高功率光学薄膜元件,作为激光器中必不可少的核心光学元件之一,就像是激光的引路人,引导光束在激光系统中按照特定的路线传输,是激光在应用领域大放异彩的关键。上海光机所的薄膜光学实验室是中国第一个专业从事激光薄膜研究的团队。从最开始的第八研究室镀膜组到现在的薄膜光学实验室,研制赶超一流的高性能光学薄膜成为一代代研究者的共同梦想。这就像一场悄无声息却充满默契的接力赛,从第一位主任范正修老先生,到他的学生,现任党委书记邵建达,再到第三任主任易葵,80后的朱美萍是第四任主任。
原来,“厉害”是个动词
2003年,从小是学霸的朱美萍从浙江大学光电信息工程学系本科毕业,保送到上海光机所攻读研究生。很幸运,她的硕士导师正是易葵。
易老师是位“实战派”,非常注重学生动手能力的培养。朱美萍从他手中领到了一项颇具挑战性的课题:研制一款薄膜厚度自动控制系统。镀膜是一种将多种材料交替沉积到光学元件表面的工艺,膜层厚度的精确控制是获得高性能薄膜的关键。以前这是一门纯凭操作人员眼力控制的技术活,常常会出现误差。如果能有一款薄膜厚度自动控制系统,通过电脑控制每层膜的厚度,那么准确率和重复性肯定能大大提高。
朱美萍刚上手新项目时,心里忍不住发怵:它需要软硬件相配合才能做出来,虽然自己大学时接触过软件编程和模拟电路,但研制一款崭新的软硬件结合的控制系统可是头一遭。她兢兢业业地一边钻研一边写,在反复推敲和斟酌后深思熟虑地敲下每一条代码,然而,电脑还是一次次毫不客气地报错了。尽管挫败感极强,但她依然在厚着脸皮请教师兄和逐字检查代码错误之间循环往复,直到找到错处。沉浸在代码和焊电路的世界中,她甚至会忘记周围的一切。有一次,她在焊电路板时,把烙铁放在一旁。没多久,一阵白烟冒出,幸亏身边的同学提醒,她才反应过来。紧挨着烙铁的手机上留下了一个小洞。指腹在小洞上摩挲了一会,她很快便释怀了:幸好只是“破了相”而已,灵机一动,用指甲油把洞口封住,又若无其事地用了好久。
好不容易搞定了代码和电路板,接下来就是在机器上验证可行性了。她必须守在镀膜机边,和操作人员一起观测镀膜的过程是否真的能稳定实现精准控制。这是一项磨炼耐性的工作。刚开始算法的表现总是忽上忽下,前一天还表现得好好的,后一天稍有干扰便失了准头。见招拆招,她一次次不厌其烦地调试、迭代程序,花了一年半到两年的时间才完成了这款膜层厚度自动控制系统。利用这款系统实现了包括减反射薄膜、高反射薄膜和偏振分光薄膜在内的多类薄膜元件的控制控制。
或许是看中了她在制备领域中的悟性,又或者是欣赏那份认真做事的踏实和难题死磕到底的钻劲,朱美萍读研二的时候,导师便向她抛出了留所的橄榄枝。但,第一次她婉拒了老师的好意。当初高考时,她选择浙大的光电信息工程专业是因为身边的老师朋友都说“去浙大光电系,将来最好找工作”。她为自己定下的计划务实而明确:研究生毕业后找一份让人满意的好工作。导师并不逼她改变决定,但又舍不得放弃这个学生:“我找你谈三次,你好好考虑再作决定吧。”
考虑再三,她还是决定留下来了。因为导师这份沉甸甸的知遇之恩与期盼,也因为她从研究中获得了成就感。她发现原来“厉害”不是一个名词,而是一个动词,一个“积跬步以至千里”的动态过程。从解决每一个细小问题、进步的过程中,她能不断成长、变强。
被她念上的事准能成
读高中的时候,朱美萍很早就立下了考大学的目标。她时常鼓励自己,一定要达成所愿。果然,她如愿以偿进入了心仪的大学。
工作后,有一次在国际学术会议上,国外的同行直言不讳地告诉她:“你们做的是我们十几年前做的。”这句话既让她清醒地认识到了差距,更激起了她的好胜心。回来后,她默默下定决心要赶超对手。在她的三位导师——范正修老师、邵建达老师和易葵老师——的指导下,不断钻研、改进技术,几次在国际竞赛中取得最佳结果,让国际同行刮目相看。
研制米级尺寸的偏振薄膜元件,是摆在朱美萍和团队的一个难题。
由于西方对我国禁运大于500毫米的激光薄膜元件,走自主研发之路势在必行。整个团队被点燃了:“可以从两个角度进行解读。一方面,禁运是个坏消息,我们无法买到这种元件了。但另一方面,禁运也意味着我们没有退路了,技术攻关迫在眉睫。对研究者来说,这是促进技术升级的契机。”她和团队下定决心要攻关成功。
国际上,米级尺寸的偏振薄膜元件与普克尔盒组成的光开关被誉为美国国家点火装置七大奇迹之一。可想而知,这项“卡脖子”技术完成难度相当大。虽然国内先期已经能制备小尺寸元件,但是米级尺寸完全不是一回事。米级尺寸的激光偏振薄膜对厚度的要求相当于要求从上海到北京大概1000公里的航程里,飞机上下颠簸不能超过2毫米;如果要在这个元件上找一个随机分布的缺陷的话,就相当于要在澳门的土地上找一粒沙子那么难。
一开始,事情并不顺利。从小元件到大元件并不是一个简单放大的过程,把辛辛苦苦做好的大元件在强光下一照,细小的膜层裂缝星罗棋布。镀膜过程是高真空的镀膜设备中进行的,不能用肉眼观察。
到底是哪个过程出了问题?是一层层镀膜的时候,是冷却的时候,还是真空室放气的时候?
是什么原因导致裂纹的产生?是缺陷的问题?是应力的问题?还是厚度的问题?
她心中有一百个疑问,却没人能告诉她答案,承受的压力可想而知。她一有时间就翻阅文献,虽然文献中没有现成的答案,但他山之石可以攻玉,有助于她拓宽思路,点亮灵感。受挫是家常便饭,甚至很多时候实验结果出乎意料地糟糕,但是,她并不沮丧,反而从失败中看到坚持的意义:这能促进她更深地理解相关的物理机制。她相信天道酬勤,即使努力不能得到即时的回报,但回报总有一天会兑现。那段时间,她的心中始终默守着一个信念:国外能研制出来,我们团队也一定行。
再一次,依靠强大的信念和孜孜不倦的努力,她和团队攻克了大尺寸偏振薄膜元件膜层龟裂的难题,研制出了比肩国际一流水准的高功率激光光学元器件,为我国高功率激光装置的发展提供了不可或缺的支撑。她迎来了自己的丰收季:2018年国家科学技术奖励大会在人民大会堂召开,朱美萍作为“大尺寸高性能激光偏振薄膜元件成套制备工艺技术及应用”项目的第二完成人,参加了国家科技奖励大会。所有的付出化作掌声与欢笑,她感受到无比荣耀与幸福。2022年11月,在温州举行的世界青年科学家峰会开幕式上,第十七届中国青年科技奖特别奖揭晓,朱美萍从中国科学技术协会主席万钢手中接过了中国青年科技奖特别奖项。
她的三个宝贝
镀膜调试电子束焦斑时,研究人员得盯着焦斑看。高温的电子束聚焦在镀膜材料表面,产生的亮光极为刺眼,双眼盯得久了,又酸又痛,本来视力不错的朱美萍工作后视力下降了200度。粗粗一算,在实验室度过的时光比陪伴家里人还多了吧。
成天守在镀膜机旁,有时,她还真觉得这两台朝夕相处的机器“活”了过来,是和她心灵相通的亲密伙伴。她亲昵地把两台机器称为大宝和小宝。
大宝验收时正值2009年夏节,验收时间只有一个月。这段时间是和国外工程师学习使用、维护设备的关键期,机会难得。然而,她却发了高烧,得了肺炎。医生让她待在医院安心治病,但她心里牵挂着大宝,着急得很。每天一早她就缠着医生给她快点挂水。人家输液,药水是一滴一滴慢慢渗入体内的,而她输液,是开了最大流速,将药水灌进血管的。她拼着一股劲带病坚持,就是为了赶在9点前回去,和专家多学一点技术。
她十多年如一日地照顾着大宝和小宝。实验室数她最懂它俩。每次它俩出故障,她总能想办法为它俩“治好病”。即使她不在所里,同事也会第一时间打电话向她求教。有两次它俩“闹情绪”,同事试了好多方法都没辙,可她一到现场,它俩竟然“百病全消”。“看来这对宝贝是想我了吧。”朱美萍不禁暗暗想着,它俩还真像两个会撒娇的孩子呢。
除了单位里的两个宝贝,她在家里还有一个可爱的宝贝——她的女儿。她女儿曾经就读的小学和上海光机所仅隔了一条马路,放学后她到所里边写作业边陪着妈妈上班。功课写累了,她便蜷在躺椅上眯一会,等妈妈一块儿下班。在妈妈身边待久了,学校里有作报告的作业时,女儿会自己做PPT,然后模仿妈妈的样子,一边翻页一边练习。看到女儿在身边,她加班也不再寂寥,工作效率反倒更高了——怎么说,也得给孩子做个榜样呀!
从单位开车回家要20多分钟,对母女俩来说这是一段快乐的分享时光。妈妈会放两个人都喜欢的有声读物一起听。女儿原本不喜欢科幻小说,妈妈刚开始给她推荐《三体》时,她不以为然:这有什么好看的?但架不住妈妈天天用它在路上“磨耳朵”,听着听着,女儿竟入了迷,翻来覆去听了三遍才觉得过瘾。
在妈妈的眼里,这个女儿更像是闺蜜:当自己实验受挫、情绪低沉时,她会主动安慰妈妈;当妈妈解决难题,取得成功时,她也会一起欢呼雀跃。她喜欢和妈妈黏在一起,每次妈妈周末加班,她会收拾文具书本,主动请缨陪妈妈一起加班。
或许是在科研院所浸润久了,女儿的偶像不是明星而是科学家。在她的心里顶级的科学家才是最亮的星。让女儿颇感自豪的是,自己的生日和鼎鼎大名的爱因斯坦是同一天。而且,无独有偶,她和爱因斯坦一样有着一头天然卷发。每次妈妈开玩笑说她像极了爱因斯坦的爆炸头时,她都会得意地做一个搞怪表情……
什么是事业?朱美萍的回答特别朴实:钟爱的工作就是事业。当一个人投入所有的时间、精力,拼尽全力去做一件事,这件事就叫事业。无需问成败,因为凭着信念与努力,必定会看到回报。