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胡丽丽研究员检视连熔激光钕玻璃

玻璃的形成和结构及性能演化机制是凝聚态物理最富挑战的谜题之一。

全球玻璃行业市场规模巨大，预计2027将年超过1.5万亿美元。中国是世界最大的玻璃生产国（＞50%），但不少高端玻璃制品目前还受制于人。譬如(rú)一(yī)米(mǐ)见(jiàn)方(fāng)就(jiù)要(yào)卖(mài)30万(wàn)元(yuán)的(de)钕(nǚ)（音(yīn)：nǚ）玻(bō)璃(lí)，它(tā)被(bèi)裁(cái)切(qiè)后(hòu)裁(cái)切(qiè)的(de)钕(nǚ)玻(bō)璃(lí)，吸(xī)收(shōu)了(le)足(zú)够(gòu)多(duō)能(néng)量(liàng)便(biàn)能(néng)产(chǎn)生(shēng)炫(xuàn)目(mù)的(de)超(chāo)强(qiáng)激(jī)光(guāng), 可(kě)以(yǐ)成(chéng)为(wèi)超(chāo)强(qiáng)激(jī)光(guāng)器的“心脏”。美、德、日本等国家花费六年时间完成这种玻璃的研发制备后，将相关制备工艺技术、设备和产品实施了严格的封锁、禁运。

这是中国发展超强激光面临的重要挑战之一。

中国激光玻璃领域的学术带头人，中国科学院上海光学精密机械(xiè)研(yán)究(jiū)所(suǒ)（简(jiǎn)称(chēng)：上(shàng)海(hǎi)光(guāng)机(jī)所(suǒ)）研(yán)究(jiū)员(yuán)胡(hú)丽(lì)丽(lì)历(lì)经(jīng)7年(nián)努(nǔ)力(lì)，取(qǔ)得(de)突(tū)破(pò)，为(wèi)中(zhōng)国(guó)“神(shén)光(guāng)”研(yán)制(zhì)钕(nǚ)玻(bō)璃(lí)。

2025年(nián)1月(yuè)，62岁(suì)、头(tóu)发(fā)花(huā)白(bái)的(de)胡(hú)丽(lì)丽(lì)，在玻璃领域深耕38年后登上了ICG（国际玻璃协会）主席奖的领奖台，是该奖项设立30年来第三位中国获奖学者。获奖证书上的一句话让人感动：玻璃的梦想（glass dream）。在此之前，她荣获旨在奖励非晶态材料领域做出突出贡献的杰出科学家的著名奖项——N. F. Mott奖，是该奖项自1983年设立以来的首位中国获奖者。

激光钕玻璃

实干兴邦，近十年努力突破，为中国“神光”制钕玻(bō)璃(lí)

“玻(bō)璃不像晶体，没有规则的结构。让玻璃拥有特殊的性能，研发出特种玻璃，难度不小，也缺乏系统性的理论。”日前，胡丽丽在接受澎湃科技专访时表示。但瞄准国家重(zhòng)大(dà)战(zhàn)略(è)需(xū)求(qiú)，她(tā)主动(dòng)换(huàn)了(le)“赛(sài)道(dào)”。

“1987年(nián)开(kāi)始(shǐ)从(cóng)事(shì)玻(bō)璃(lí)研(yán)究(jiū)以(yǐ)来(lái)，我(wǒ)的(de)指(zhǐ)导(dǎo)思(sī)想(xiǎng)，包(bāo)括(kuò)跟(gēn)学(xué)生(shēng)也(yě)是(shì)这(zhè)么(me)说(shuō)的(de)，这(zhè)个(gè)材(cái)料(liào)做(zuò)了(le)的(de)话(huà)，就(jiù)要(yào)用(yòng)。材(cái)料(liào)的(de)研(yán)究(jiū)是(shì)最(zuì)后要实现应用的(de)。所(suǒ)以(yǐ)，我(wǒ)非(fēi)常(cháng)乐(lè)意(yì)在(zài)实(shí)验(yàn)室(shì)从(cóng)基(jī)础(chǔ)研(yán)究(jiū)出(chū)发(fā)，最(zuì)后(hòu)把(bǎ)制(zhì)备(bèi)工(gōng)艺(yì)技(jì)术(shù)走(zǒu)通(tōng)，把(bǎ)产(chǎn)品(pǐn)做(zuò)出(chū)来(lái)。”胡(hú)丽(lì)丽(lì)这(zhè)么(me)说(shuō)，也(yě)是(shì)这(zhè)么(me)做(zuò)的(de)。在(zài)特(tè)种(zhǒng)玻(bō)璃(lí)与(yǔ)光(guāng)纤(xiān)研(yán)发(fā)这(zhè)一(yī)赛(sài)道里，她带领团(tuán)队(duì)不(bù)断(duàn)创(chuàng)新(xīn)。

为(wèi)满(mǎn)足(zú)中(zhōng)国(guó)自(zì)主研(yán)发(fā)激(jī)光(guāng)聚(jù)变(biàn)装(zhuāng)置(zhì)的(de)迫(pò)切(qiè)需(xū)求(qiú)，自(zì)2005年(nián)起(qǐ)，胡(hú)丽(lì)丽(lì)带(dài)领(lǐng)团(tuán)队(duì)，从(cóng)基(jī)础(chǔ)研(yán)究(jiū)出(chū)发(fā)，对(duì)新(xīn)型(xíng)高(gāo)增(zēng)益(yì)激(jī)光(guāng)钕(nǚ)玻(bō)璃(lí)研发、大尺寸激光钕玻璃批量制备涵盖的连续熔炼、精密退火、包边、检测四大关键核心技术进行了近十年的持续攻关。

其中难度最大的，当属大尺寸激光钕玻璃的连续熔炼技术攻关。难题接踵而至，羟基和过渡金属杂质超标、玻(bō)璃(lí)炸(zhà)裂(liè)、玻(bō)璃(lí)内(nèi)部(bù)出(chū)现(xiàn)条(tiáo)纹(wén)和(hé)气(qì)泡(pào)。研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)一(yī)次(cì)次(cì)测(cè)试(shì)、分(fēn)析(xī)、讨(tǎo)论(lùn)解(jiě)决(jué)方(fāng)案(àn)。

2012年，在大家的共同努力下，连续熔炼工艺中的重重难题终于被攻克。他们设计建立了激光钕玻璃连熔中试生产线，实现了全链条关键技术集成和贯通。

钕玻(bō)璃(lí)包(bāo)边(biān)工(gōng)艺(yì)研(yán)究(jiū) 

截(jié)至(zhì)目(mù)前(qián)，研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)圆(yuán)满(mǎn)完(wán)成(chéng)“神(shén)光(guāng)”系(xì)列(liè)装(zhuāng)置(zhì)应(yīng)用(yòng)的(de)大(dà)尺(chǐ)寸(cùn)激(jī)光(guāng)钕(nǚ)玻(bō)璃(lí)的(de)研(yán)制(zhì)。自(zì)主研(yán)发(fā)的(de)激(jī)光(guāng)钕(nǚ)玻(bō)璃(lí)成(chéng)品(pǐn)铂(bó)颗(kē)粒(lì)、羟(qiǎng)基(jī)吸收系数等(děng)核(hé)心(xīn)技(jì)术(shù)指(zhǐ)标(biāo)国(guó)际(jì)领(lǐng)先(xiān)，成(chéng)功(gōng)挑(tiāo)战(zhàn)了(le)由(yóu)美(měi)、德(dé)、日(rì)三(sān)家(jiā)联(lián)手(shǒu)才(cái)能(néng)达(dá)到(dào)的(de)技(jì)术(shù)极(jí)限(xiàn)。

钕(nǚ)玻(bō)璃(lí)团(tuán)队(duì)

相(xiāng)关成(chéng)果(guǒ)先(xiān)后(hòu)荣获2016年度“上海市技术发明特等奖”、2017年度“国家技术发明二等奖”、2022年度“中国科学院杰出科技成就奖”。

八年攻坚，打破国外垄断和禁运

光纤激光器是用光纤作激光介质的激光器。其应用范围非常广泛，包括激光空间远距通讯、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等。进入21世纪以来，光纤激光器逐步占据了激光器市场的半壁江山。

万瓦级高功率掺镱大模场光纤的纤芯需要承受超高激光功率密度，极易引起色心（Color Center），导致输出功率下降，破坏激光系统的稳定性。公开资料显示，色心是指晶体中的零维缺陷，导致光吸收或发射。

光纤超连续谱

掺镱大模场光纤是高功率光纤激光器的核心增益介质，它的作用是产生激光并对激光功率进行放大，从而实现上万瓦的输出功率。但该光纤产品及其制备工艺长期被美国Nufern、nLight等公司垄断和严格管控，成为制约中国高功率光纤激光器发展的技术瓶颈。

特种光纤

自2011年以来，胡丽丽研究员带领年轻的研发团队，聚焦高功率激光光纤的激光效率、功率稳定性和长期可靠性等三个难点问题。历经八年攻坚克难，他们从稀土掺杂石英玻璃构效关系基础研究出发，在掺镱激光光纤的纤芯成分设计、制备工艺优化、包层结构创新三个方面开展了一系列研究工作，在国内率先攻克了万瓦级掺镱大模场光纤的批量制备关键技术。

光纤预制棒

这一技术突破解决了中国高功率光纤激光器关键元件的问题，让中国高功率光纤激光器装上了国产“芯”。团队研制的若干高性能掺镱激光光纤也打破了国外公司的产品禁运，及其技术和产品垄断，满足了空间环境等高功率光纤激光器急迫的应用需求。2019年以来，研究团队实现直接销售额超过2亿元，间接经济效益超过18亿元。

高纯石英

AI+特种玻璃构效理论研究，瞄准未来

邓路博士从海外留学归来，加入胡丽丽研究员团队，目前主要做材料计算模拟和玻璃构效关系研究。他分享了2025年春节期间的一件小事：当时，国产开源人工智能大模型deepseek还没像现在这么火，刚(gāng)有(yǒu)一些媒体在报道。突然有一天，胡丽丽研究员就在工作微信群里发了一条deepseek相关的报道，希望大家关注，并分享了她自己的看法。

“她一直关注前沿。”邓路说。

随着人工智能AI的发展，玻璃的研究范式亟待改变。如何实现AI赋能的玻璃新材料(liào)快(kuài)速(sù)开(kāi)发(fā)，成(chéng)为(wèi)了(le)当(dāng)下(xià)热(rè)点(diǎn)。“它(tā)将(jiāng)来(lái)是(shì)一(yī)种(zhǒng)工(gōng)具(jù)，我(wǒ)们(men)要(yào)学(xué)习(xí)好(hǎo)用(yòng)好(hǎo)这(zhè)种(zhǒng)工(gōng)具(jù)，使(shǐ)得(de)我(wǒ)们(men)特(tè)种(zhǒng)玻(bō)璃(lí)的(de)研发高效、精准。”胡丽丽研究员表示。自“十四五”开始，她积极引进学科交叉领域的海外优秀人才，打造涵盖玻璃结构性能表征、分子动力学模拟、AI辅助建模的玻璃构效关系研究平台。为了进一步加快玻璃构效关系平台的建设进程，胡丽丽研究员带领团队成员多次走访相关单位，组织学术论坛，积极谋划相关平台的论证工作，有望在“十五(wǔ)五”期间构建一个集高通量制备、AI辅助建模、结构表征验证的特种玻璃材料构效关系平台，创新特种玻璃研发范式。

特种光纤团队