激光是最强的人造光，其能量足以在地球上制造“人造太阳”。你可能不知道，点亮“人造太阳”离不开一种看似不起眼甚至颇为脆弱的材料——高功率激光薄膜。

薄如蝉翼的“血管”

高功率激光薄膜薄如蝉翼，它附着在透明的玻璃基底上，肉眼几乎看不出来，但是它就像人体的血管一样重要。有了它，科学家才能让只知道直线前行的激光乖乖“听话”，完全按照人类的意愿，有次序地奔赴同一靶点。

在激光聚变、超强超短激光等装置中，有成千上万件不同口径的薄膜元件。这些元件不但要抵挡住“所向无敌”的高能激光的冲击，保障高功率激光装置不会“自伤”，还要高效地“指挥”激光向靶点前进，引导激光束在装置中传输。可以说，一旦离开高性能的激光薄膜，这些装置将寸步难行。

随着激光装置的功率不断上升，科学家对薄膜的性能要求越来越高。薄膜要足够强韧，才能承受激光的冲击——就像人体的血管，如果不够强韧，很容易因承受不住过高的血压而破裂。但是，高性能激光薄膜很容易“受伤”，因为激光能量的高度集中会导致元件内部或表面局部变形甚至完全被损坏。

元件在单位面积上所能承受的最大激光功率被称作“激光损伤阈值”。它代表薄膜元件“控制指挥”激光的能力，其数值决定了薄膜元件能不能把激光能量完整地“护送”到靶点。它是衡量激光薄膜元件性能的一项“金指标”。

半世纪接力奋斗

作为保证激光在高功率激光系统中按设计要求传输的关键器件之一，激光薄膜元件在惯性约束聚变激光、超强超短激光、空间激光等领域有广泛而重要的用途，其品质在很大程度上决定了激光系统运行的负荷强度、可靠性和光束的质量。然而，很长一段时间里，我国高性能、大尺寸激光薄膜元件制备技术远远落后于国际先进水平;同时，西方国家长期以来对我国实施严密的技术封锁和产品禁运。相关技术成为许多国防战略和国民经济高新技术领域发展的主要瓶颈之一。为了突破这一难关，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”)的科研人员接力奋斗了半个多世纪。

1964年，上海光机所建所，薄膜光学实验室同步成立，成为中国第一支专业从事激光薄膜研究的团队。半个多世纪以来，四代科研人员攻坚克难，紧紧聚焦大能量与高功率激光这个国家重大战略需求，提出并逐步完善了激光薄膜研制全流程控制的系统工程解决方案，攻克了系列关键技术难题，成功建立了应用基础研究、关键技术攻关与工程应用的自主创新生态链，取得了具有自主知识产权的重大创新成果。

高性能激光薄膜的制备是一项复杂的系统工程，涉及多个交叉学科。研究人员既要考虑薄膜设计与制备，也要关注原材料和元件的检测，以及激光与薄膜态材料的相互作用。经过抽丝剥茧般的梳理，团队终于确定了“重中之重”——如何找到并消除薄膜中的缺陷。这谈何容易，因为要在直径近1米的薄膜元件中找出微米级的缺陷，其难度就好比在一座大型城市中精确寻找到一颗随机放置的沙粒。

经过不懈的探索，团队发明了薄膜光热吸收测试装置和方法，实现了缺陷3D分布的快速探测，得出了损伤点多起源于基底-膜层界面的结论。在此基础上，团队提出了激光“预植”缺陷技术，揭示了基底-膜层缺陷的耦合机制。

他们从各工序最大限度地抑制缺陷源，开发了新型“无界面”多层膜沉积技术，通过双源共蒸实现两种镀膜材料交替界面的连续过渡，有效解决了界面缺陷密度高、结合力差、存在驻波场和应力突变的问题。

团队意识到，完美的“零缺陷”大口径基片是不存在的。为此他们创新性地提出结构性缺陷“缝合”技术，使得结构性缺陷处损伤阈值接近无缺陷膜层。

不断挑战新高度

有了足够强韧的薄膜，激光装置功率才可能冲击新高度。上海光机所薄膜光学实验室作为唯一供货单位，为我国神光系列聚变点火装置提供了所有偏振薄膜元件。神光装置几度升级，对薄膜的要求不断提升，这支团队始终能研制出保障装置运行的激光薄膜，有力地支撑了我国下一代激光聚变点火装置的研制。

他们的成果支撑上海超强超短激光装置实现了10拍瓦国际最高激光放大输出功率，使我国在该领域占据国际制高点。该团队还将继续支撑100拍瓦装置的建设。据悉，神光装置需要薄膜能够承受纳秒级的激光冲击，而百拍瓦超强超短激光装置则对薄膜提出了飞秒级的更高要求。团队成员满怀信心，迎接又一次挑战。

此外，他们研制的激光薄膜元件还成功应用于神舟与天宫交会对接系统和多项空间型号工程任务，简化了光路结构，降低了载荷……

从跟跑到超越

上海光机所薄膜光学实验室的“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”项目获得2018年度国家技术发明奖二等奖。

2019年，在竞争激烈的基频激光反射薄膜损伤阈值国际竞赛中，上海光机所薄膜光学实验室研制的激光反射薄膜脱颖而出，以领先第二名65%的绝对优势勇夺世界第一。

该竞赛由美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室发起，代表光学材料激光损伤研究领域的国际最高水平。上海光机所参加了8次，与前几次相比，此次他们的优势更加明显。这表明，中国能生产出世界上最强韧的激光薄膜。在国际范围内的激光薄膜损伤阈值提升竞争中，中国从跟跑、并跑，最终实现了超越。

更令人自豪的是，这是一支完全由中国自主培养的团队，团队里没有一位获得海外学位的成员。为了将脆弱的激光薄膜打造成强韧的“血管”，团队的几代成员锲而不舍，忘我追求。他们在激光损伤与反激光的“矛”与“盾”的较量中，坚定执着地追求“打不坏”的激光薄膜。这支看似普普通通的团队，敢为人先，锐意进取，才逐步斩获并保持世界第一，实现了我国高功率激光薄膜技术的跨越发展。