姜瀾（左三）指導學生開展飛秒激光電子動態調控加工實驗。學校供圖

　　同等功率下，激光脈沖的持續時間越短，瞬時功率就越大。當激光脈沖持續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，超過全世界所有發電廠裝機功率總和的上百倍。這就是飛秒激光。

　　通過調節飛秒激光脈沖在時域、空域和頻域的性質，飛秒激光就會變成一把形狀、性質可調，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、調平等，甚至能夠實現電子層面的調控……20多年前，姜瀾看到了飛秒激光應用的巨大潛能。

　　如今，在北京理工大學機械與車輛學院，姜瀾及其團隊在國際上率先預測了飛秒激光加工形狀，率先提出了飛秒激光電子動態調控制造新原理，率先實現了激光制造中電子層面主動調控，率先研制了首套跨尺度准三維超快連續觀測系統，率先實現了激光制造中電子層面的觀測，率先實現了飛秒激光制造的重大工程應用，率先實現了飛秒激光制造的規模化產業應用。

　　不懼挑戰，攻關科技難題

　　自1960年人類第一台紅寶石激光器誕生以來，科學家們不斷將激光的性能推向更快、更強。上世紀80年代，研究人員發現當激光脈沖持續時間短至千萬億分之一秒級、強度超過百萬億瓦級的超快、超強區間后，經典的理論模型已經不能夠解釋這一超快超強電磁場與物質的相互作用機理，這成為制約飛秒激光發展的瓶頸。本世紀初，姜瀾進入了飛秒激光制造研究領域。

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

　　沒有團隊、沒有項目、所關注的只是三級學科領域的一個研究分支，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。”

　　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，將經典雙溫度方程的適用范圍從電子低溫區擴展到了任意電子溫度范圍，提高了飛秒激光加工閾值預測精度。他建立了等離子體量子模型，首次預測了飛秒激光加工形狀，成功預測了系列重要反常效應，獲得了包括諾獎得主在內的廣泛國際實驗驗証和正面評價。

　　2006年，姜瀾在北理工組建了國內第一支飛秒激光制造及其應用科研團隊。

　　當時，擋在團隊面前的是又一道障礙。飛秒激光加工效率低，精度差於衍射極限，深徑比低，這些飛秒激光加工的“固有缺陷”，正是導致飛秒激光加工20余年未能走向實際應用的原因。

　　姜瀾應用他所建立的模型揭示，要解決上述難題，核心是“能否調控局部瞬時電子動態”。根據他的理論模型預測，姜瀾提出可通過飛秒激光時空整形實現激光制造中局部瞬時電子動態的主動調控，進而控制加工結果的技術路線。這一技術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，姜瀾提出並帶領其團隊研制了跨尺度准三維超快連續觀測系統。“跨越15個時間數量級，峰值幀速率達數萬億幀/秒的觀測系統驗証了飛秒激光電子動態調控制造新原理。”姜瀾說。

　　在國家“十三五”科技創新成就展中，姜瀾團隊的飛秒激光電子動態調控制造成果入選。11位院士組成的鑒定委員會這樣評價：“率先實現了激光制造中電子層面的主動調控和飛秒激光加工的產業化與重大工程應用……總體達到國際領先水平。”

　　服務國家重大需求和國民經濟主戰場

　　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備以及排布在工作台上的數百個光學鏡片與現實生活聯系起來。而突破了基礎科研的研究人員卻已看到了極其廣闊的應用前景。

　　手機屏幕異形切割是手機制造的關鍵技術。“一塊手機屏幕的結構就像一塊多層蛋糕，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，“傳統刀具束手無策之地，正是飛秒激光大顯身手之處。”目前，應用姜瀾提出的電子動態調控切割新工藝，與大族激光合作研發的飛秒激光制造裝備在全球市場的佔有率達到60%。

　　難加工材料的三維復雜微細結構加工是尖端制造領域的世界級難題。姜瀾發明了電子動態調控制孔、切割、調平、刻型等新技術，帶領其團隊研制了一系列主要指標顯著優於國際水平的新裝備，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：“強大的制造業是強國建設的基石，而且制造業的強大往往領先強國地位確立20年。”

　　“十二五”期間，高能束制造成為了國家自然科學基金委重點支持方向，姜瀾擔任高能束與特種能場制造領域負責人，並牽頭撰寫了“十二五”以來基金委高能束與特種能場領域的系列規劃。

　　“十三五”和“十四五”期間，姜瀾擔任了國家重點研發計劃“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於國家在先進制造領域首個啟動的重點專項。目前，專項已部署相關研發項目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。

　　瞄准科技前沿不斷突破

　　已經在研究所入職兩年的張學強現在還記得在美國加州大學伯克利聽姜瀾講座的情景。“他講了飛秒激光制造的技術進展，也講了飛秒激光制造潛在的應用前景。”張學強說，“講座后，我們交流時，他問我‘願不願一起做點真正的科研’，這一句話把我召回來了。”

　　姜瀾技術團隊的學生都知道，姜老師反對發“水文章”。博士生連易靈解釋說：“別人做過的實驗，拿回來復現，再調整一下參數﹔或者別人的實驗，換一種材料再做一遍，都是‘水文章’。”

　　真正的科研是什麼？姜瀾說：“要麼在學術前沿取得突破去頂天，拓展人類的認知領域﹔要麼在國家重大需求和國民經濟主戰場實現應用去立地，攻克關鍵技術問題。”

　　嚴格的要求帶出了一支過硬的科研梯隊。姜瀾培養了博士和博士后33名，40%任教於“雙一流”高校、57%就職於國家重點行業相關研究機構。他所指導的博士生曾獲中國機械工程學會“上銀優秀機械博士論文獎”6次，包括銀獎、銅獎、優秀獎、佳作獎，“挑戰杯”全國競賽特等獎等，2人獲批歐盟“瑪麗·居裡”學者。至今，姜瀾已培養了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裡，飛秒激光的應用領域還在不斷取得突破。李曉煒教授正在致力於飛秒激光制造的系列重大應用。胡潔教授正在聚焦醫工融合，飛秒激光技術可以為骨腫瘤治療提供抗菌、抗凝血、可載藥的醫療器具。李欣教授正在關注復合材料加工在航空航天中的應用。

　　在姜瀾看來，飛秒激光無堅不摧的特性，也應該是一支有志於真正科研的團隊所具有的特性。“瞄准科技前沿，服務國家需求，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。”姜瀾說。

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