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(bō)璃(lí)行(xíng)业(yè)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。譬如一米见方就要卖30万元的钕（音：nǚ）玻璃，它被裁切后裁切的钕玻璃，吸收了足够多能量便能产生炫目的超强激光, 可以成为超强激光器的“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(hòu)，将(jiāng)相(xiāng)关制(zhì)备(bèi)工(gōng)艺(yì)技(jì)术(shù)、设(shè)备(bèi)和(hé)产(chǎn)品(pǐn)实(shí)施(shī)了(le)严(yán)格(gé)的(de)封(fēng)锁(suǒ)、禁(jìn)运(yùn)。
这(zhè)是(shì)中(zhōng)国(guó)发(fā)展(zhǎn)超(chāo)强(qiáng)激(jī)光(guāng)面(miàn)临(lín)的(de)重(zhòng)要(yào)挑(tiāo)战(zhàn)之(zhī)一(yī)。
中(zhōng)国(guó)激(jī)光(guāng)玻(bō)璃(lí)领(lǐng)域的(de)学(xué)术(shù)带(dài)头(tóu)人(rén)，中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)院(yuàn)上海光学精密机械研究(jiū)所(suǒ)（简(jiǎn)称(chēng)：上(shàng)海(hǎi)光(guāng)机(jī)所）研究员胡丽丽历经7年努力，取得突破，为中国“神光”研制钕玻璃。
2025年1月，62岁、头发花白的胡丽丽，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(xiàng)设(shè)立(lì)30年(nián)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(shì)该(gāi)奖(jiǎng)项(xiàng)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”制钕玻璃
“玻璃不像晶体，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。但瞄准国家重大战略需求，她主动换了“赛道”。
“1987年开始从事玻璃研究以来，我的指导思想，包括跟学生也是这么说的，这个材料做了的话，就要用。材料的研究是最后要实现应用的。所以，我非常乐意在实验室从基础研究出发，最后把制备工艺技术走通，把产品做出来。”胡丽丽这么说，也是这么做的。在特种玻璃与光纤研发这一赛道里，她带领团队不断创新。
为满足中国自主研发激光聚变装置的迫切需求，自2005年起，胡丽丽带领团队，从基础研究出发，对新型高增益激光钕玻璃研发、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(hé)心(xīn)技(jì)术(shù)进(jìn)行(xíng)了(le)近(jìn)十(shí)年(nián)的(de)持(chí)续(xù)攻(gōng)关。
其(qí)中(zhōng)难(nán)度(dù)最(zuì)大(dà)的(de)，当(dāng)属(shǔ)大(dà)尺(chǐ)寸(cùn)激(jī)光(guāng)钕(nǚ)玻(bō)璃(lí)的(de)连(lián)续(xù)熔(róng)炼(liàn)技(jì)术(shù)攻(gōng)关。难(nán)题(tí)接(jiē)踵(zhǒng)而(ér)至(zhì)，羟(qiǎng)基(jī)和(hé)过(guò)渡金属杂质超标、玻璃炸裂、玻璃内部出现条纹和气泡。研究团队一次次测试、分析、讨论解决方案。
2012年，在大家的共同努力下，连续熔(róng)炼(liàn)工(gōng)艺(yì)中(zhōng)的(de)重(zhòng)重(zhòng)难(nán)题(tí)终(zhōng)于(yú)被(bèi)攻(gōng)克(kè)。他(tā)们(men)设(shè)计(jì)建(jiàn)立(lì)了(le)激(jī)光(guāng)钕(nǚ)玻(bō)璃(lí)连(lián)熔(róng)中(zhōng)试(shì)生(shēng)产(chǎn)线(xiàn)，实(shí)现(xiàn)了(le)全链(liàn)条(tiáo)关键技(jì)术(shù)集成(chéng)和(hé)贯(guàn)通(tōng)。
钕玻璃包边工艺研究
截至目前，研究团队圆满完成“神光”系列装置应用的大尺寸激光钕玻璃的研制。自主研发的激光钕玻璃成品铂颗粒、羟基吸收系数等核心(xīn)技(jì)术(shù)指(zhǐ)标国际领先，成功挑战了由美、德、日三家联手才能达到的技术极限。
钕玻璃团队
相关成果先后荣获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(chéng)为(wèi)制(zhì)约(yuē)中(zhōng)国(guó)高(gāo)功(gōng)率(lǜ)光(guāng)纤(xiān)激(jī)光(guāng)器(qì)发(fā)展(zhǎn)的(de)技(jì)术(shù)瓶(píng)颈(jǐng)。
特(tè)种(zhǒng)光(guāng)纤(xiān)
自(zì)2011年(nián)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(jīng)八(bā)年(nián)攻(gōng)坚(jiān)克(kè)难(nán)，他(tā)们(men)从(cóng)稀(xī)土(tǔ)掺(càn)杂(zá)石(shí)英(yīng)玻(bō)璃(lí)构(gòu)效(xiào)关系(xì)基(jī)础(chǔ)研(yán)究(jiū)出(chū)发(fā)，在(zài)掺(càn)镱(yì)激(jī)光(guāng)光(guāng)纤(xiān)的(de)纤(xiān)芯(xīn)成(chéng)分(fēn)设(shè)计(jì)、制(zhì)备(bèi)工(gōng)艺(yì)优(yōu)化(huà)、包(bāo)层(céng)结(jié)构(gòu)创(chuàng)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(zhuāng)上(shàng)了(le)国(guó)产(chǎn)“芯(xīn)”。团(tuán)队(duì)研(yán)制(zhì)的(de)若(ruò)干(gàn)高(gāo)性(xìng)能(néng)掺(càn)镱(yì)激(jī)光(guāng)光(guāng)纤(xiān)也(yě)打(dǎ)破(pò)了(le)国(guó)外(wài)公(gōng)司(sī)的(de)产(chǎn)品(pǐn)禁(jìn)运(yùn)，及(jí)其(qí)技(jì)术(shù)和(hé)产(chǎn)品(pǐn)垄(lǒng)断(duàn)，满(mǎn)足(zú)了(le)空(kōng)间(jiān)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(yì)元(yuán)，间(jiān)接(jiē)经(jīng)济(jì)效(xiào)益(yì)超(chāo)过(guò)18亿(yì)元(yuán)。
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，刚有一些媒体在报道。突然有一天，胡丽(lì)丽(lì)研(yán)究(jiū)员(yuán)就(jiù)在(zài)工(gōng)作(zuò)微(wēi)信(xìn)群(qún)里(lǐ)发(fā)了(le)一(yī)条(tiáo)deepseek相(xiāng)关的(de)报(bào)道(dào)，希(xī)望(wàng)大(dà)家(jiā)关注(zhù)，并(bìng)分(fēn)享(xiǎng)了(le)她(tā)自(zì)己(jǐ)的(de)看(kàn)法(fǎ)。
“她(tā)一(yī)直(zhí)关注(zhù)前(qián)沿(yán)。”邓(dèng)路说(shuō)。
随(suí)着(zhe)人(rén)工(gōng)智(zhì)能(néng)AI的(de)发(fā)展(zhǎn)，玻(bō)璃(lí)的(de)研(yán)究(jiū)范(fàn)式(shì)亟(jí)待(dài)改(gǎi)变(biàn)。如(rú)何(hé)实(shí)现(xiàn)AI赋(fù)能(néng)的(de)玻(bō)璃(lí)新(xīn)材(cái)料(liào)快(kuài)速(sù)开(kāi)发(fā)，成(chéng)为(wèi)了(le)当(dāng)下(xià)热(rè)点。“它将来是一种工具，我们要学习好用好这种工具，使得我们特种玻璃的研发高效、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(yuán)带(dài)领(lǐng)团(tuán)队(duì)成(chéng)员(yuán)多(duō)次(cì)走(zǒu)访(fǎng)相(xiāng)关单(dān)位(wèi)，组(zǔ)织(zhī)学(xué)术(shù)论(lùn)坛(tán)，积(jī)极(jí)谋(móu)划(huà)相(xiāng)关平(píng)台(tái)的(de)论(lùn)证(zhèng)工(gōng)作(zuò)，有(yǒu)望(wàng)在(zài)“十五五”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