钕玻璃?这是一种含有稀土离子钕的一种玻璃,看起来就像是一块紫色的玻璃。
至于作用,就是就激光领域中的应用。
今天就围绕激光和钕玻璃来说一说。
激光在中国的发展历史
激光一词是一个使用四十八个字母组合起来的单词的意译。
说道这里,估计有人会说不对,激光的英文是LASER,这个其实是原本长串单词字头组合,简化了而已。
说道这里不得不说,中文的魅力,任何一个全新的东西,都可以用老祖宗创造的字组合出它的名字,而且一看就能大概知道它的含义是什么。
不过最初这个单词进入到中国之后,翻译出来也是五花八门,主要是没有统一标准,有根据音译的,也有根据单词本身的含义进行直译的。
比如叫莱塞,光激射器,光受激辐射放大器等等,这种现象是不可以一直下去的,毕竟是科学领域的内容,所以在1964年钱学森就将它的名字固定下来,就叫——激光。
这就是激光一词的来历。
激光的原理其实早在1916年就已经被发现了,亮度达到了太阳光的100亿倍,但它被真正的制造出来,是在1960年。
相对来说,中国对激光的研究起步其实并不晚,早在1957年的时候,就成立光机所,全称是中国科学院光学精密仪器机械研究所。
当时中国科研都是老带新,一批年轻人在老一辈的培养下,迅速的成长起来。
让中国在激光领域有了很多专业人才。
最简单的说,在1960年的时候,世界诞生了第一台激光器,而中国在1961年的时候,就研制成功了中国第一台激光器。
不过中国研制的这第一台激光器,效率非常的低,能量也非常的小。
但不管怎么说,这台激光器让中国有了从无到有的基础。
随后成果也出了不少。
比如在1964年的时候,就使用激光传输过电视画面,甚至使用激光做到了三十公里范围内的通话。
1965年还使用激光视网膜焊接器,进行了动物的临床试验。
自此,在各行各业中都研究出了激光的应用设备。
如今中国在激光领域的深耕,不说是全球第一,也是全球第一梯队中的一员。
有如此成就,就是在光机所成立的那一刻打下的基础。
来看看中国的激光发展领域。
激光最引人瞩目的就是军用激光,在1966年的时候,中国就开始了在这方面的研究。
首先是激光的测距,在当时的技术下就可以测量六百六十公里的距离,精度小于两米。
激光测距的应用范围很广。
地球到月球的距离,卫星对地面的观察都可以应用。
不仅如此,激光的其他特性还可以应用更加前沿的科学领域。
比如高功率激光在核聚变中的应用,产生核聚变有两种途径,其中一种就是使用高功率激光点燃核聚变。
其实激光发展到现在,也有了很多的分支,比如今天要说的和钕玻璃有关的激光。
最初这两种东西的结合被叫做高能钕玻璃激光系统。
中国早在1964年就启动了这个研究课题。
所以在探索钕玻璃在激光中的应用,其实很早就开始了。
这么多年下来,相关的技术储备都是积累的。
钕玻璃
那么它是干什么的呢?
钕玻璃被誉为激光器的心脏,它可以在一定条件下产生激光,甚至是将激光放大。
比如在一个装备了数千片激光钕玻璃的装置中,放入一道微小的可以忽略的激光,最终经过这些激光钕玻璃之后,出来的激光能量级是可以和太阳进行比较的。
上文提到,高能钕玻璃激光系统下马了,但相关的研究并没有停止。
钕玻璃的发展算下来,已经经历了三代人的研究。
早在1964年上海光机所成立的时候,钕玻璃就已经被列入了任务列表中进行研发了。
第一代钕玻璃是高能激光系统中使用的硅酸盐钕玻璃。
第二代钕玻璃是高能激光系统中使用功能的磷酸盐钕玻璃。
第三代是开发到了N31型磷酸盐激光钕玻璃。
虽然中国的钕玻璃研究很早就开始了,但在相关的坩埚熔炼技术上是落后的,在2005年之前是被国外封锁的。
坩埚熔炼技术,它是从坩埚熔炼开始发展,然后进入到半连续熔炼,再进一步到连续熔炼。
最终中国突破了这道技术难关,而其中起到重大的作用的是一名叫胡丽丽的科学家。
她在2001年的时候,开始了对钕玻璃的研究。
在这里必须说明一点,胡丽丽之前的课题是以玻璃为主要的研究方向,这次的改变,可以说是让她重头来过。
说到这里,很多人不明白,钕玻璃难道不是玻璃吗?
如果从科研的角度来看,还真就不能算是,两者有着根本的差别。
所以胡丽丽接受钕玻璃研究的时候,以她的工作经验为标准来看的话,外界对她的研究并不看好。
不看好就不做了?
不可能,机会总是留给有准备的人,为了突破难关,胡丽丽从理论到技术的研发,甚至是工艺流程,进行了一遍遍的梳理。
最终她找到了以往坩埚熔炼技术的不足之处,所以到了2005年的时候,一副重担就放在了胡丽丽的肩头,打破国外激光钕玻璃的连续熔炼技术垄断。
按照当时的话说,这是在挑战光学玻璃的极限。
因为在当时,掌握这项技术的只有两大公司,其一是美国的利弗莫尔国家实验室和德国联合的光学玻璃公司,其二是日本的光学玻璃公司。
再无第三个机构掌握这项技术。
甚至钕玻璃连续熔炼技术,都被美国列为了国家点火装置七大奇迹之首。
所以不仅仅是技术,就连激光钕玻璃的相关制品都是对中国禁运的。
从这些描述中,就能看出钕玻璃的坩埚连续熔炼技术的重要性。
面对技术封锁,所有的一切都得进行创新,而且还是在自行摸索下进行创新。
当时胡丽丽的团队,尽一切可能吸收相关的知识,书本,一线的玻璃熔炼工人经验。
难关难破,不也得破吗?
最终吸收了足够的知识,也有了足够的准备,就开始进行实验。
实验场所很简陋,也就是一个五百平方米的工棚,就是工地上很常见的使用彩钢板搭建的工棚。
这种工棚夏不避暑,冬不耐寒。
当然了环境到时无所谓,最麻烦的是在实验的过程中,遇到的一个个难题。
比如在退火时,总是炸裂的问题,当时还邀请了外援专家,结果专家到场之后,看了看就给下了一个结论——解决不了。
解决不了就不解决了吗?
钕玻璃的一天不突破,就意味着被别人多卡一天的脖子。
外援专家不行,只能自己找问题。
然后又开始从钕玻璃的特性,再到隧道窑的结构,把问题拆成一个个的小问题进行研究。
甚至最后把烧钕玻璃的隧道窑给扒了,按照设想重新建造。
每一个问题进行重新的验证,这种小问题前后经历了五十多次的验证。
经历了十年,从最开始拆问题,研究小问题,解决大问题,最终激光钕玻璃制品终于出现在了眼前。
2012年中国打造出了第一条激光钕玻璃连续熔炼生产线,而这条生产线可以一年产出一千贰佰片的大尺寸磷酸盐激光钕玻璃,技术提高了三倍,效率提高了十倍。
预期只能做二百五十毫米口径的钕玻璃,结果实际可以生产出了四百毫米口径的钕玻璃。
这项技术获得九项发明专利的同时,还制定了三个行业标准,满足了国家的需求。
钕玻璃出口
2022年,国家出于对安全问题的考量,决定将钕玻璃的制作工业加入到了禁止出口名单。
而且对一些稀土设置了出口限制。
那么到了2023年的二月,中国商务部出台了禁止出口限制出口技术目录,里面囊括了一百三十九项的技术。
其中依然包括钕玻璃的制作工艺,尤其是大尺寸的钕玻璃更是重中之重。
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