飞秒激光制造的“福建突破”：姜澜院士团队如何攻克国际难题？

姜澜（右一）与团队成员开展飞秒激光微纳加工实验。

北京理工大学供图

人物小传

姜澜，1972年出生于四川自贡，现任北京理工大学首批讲席教授、中国科学院院士（2023年11月当选）。作为我国激光制造领域的学术带头人之一，他长期深耕飞秒激光制造基础理论与工程应用研究，牵头完成国家中长期科技规划及部委级专项规划12项。曾获国家自然科学二等奖、何梁何利科技创新奖、第三届全国创新争先奖。其多项成果已在福州、厦门等地合作企业实现产业化落地。

飞秒，即10⁻¹⁵秒——一千万亿分之一秒。当激光能量被压缩至如此极短脉宽并瞬时释放，峰值功率可飙升百万亿倍，理论上具备对任意固体材料进行超精密加工的能力。这把“光界手术刀”，正逐步从实验室走向福建高端制造一线。

从2000年代初起，姜澜团队便系统攻关飞秒激光制造核心瓶颈。彼时国内既无专用设备、也无稳定经费，仅凭一台计算机和跨学科自学，他在博士后阶段就锚定这一方向。20余年来，团队不仅填补了基础理论空白，更推动我国激光制造整体水平跃居全球第一方阵，福州新区多家光电企业已引入其技术路线。

破解“黑箱”：构建等离子体量子模型，首次精准预测加工形貌

飞秒激光虽具颠覆性潜力，但长期受限于“看不见、测不准、控不住”三大困境——经典物理模型无法描述其超快非平衡态作用机制，加工结果难以预判，过程更无法实时观测。

“必须打开激光与材料相互作用的‘黑盒子’。”姜澜指出。为此，团队原创性建立等离子体量子动力学模型，首次实现对飞秒激光烧蚀形貌的定量预测，并成功解释多种反常物理现象。该模型关键假设随后被美、德、日等国团队实验反复验证，成为国际公认的基础理论框架。

为实现“所见即所得”，团队自主研发跨尺度准三维超快连续摄像系统，首次在单一实验中覆盖15个数量级时间尺度，完成飞秒激光与物质作用全过程的全景动态捕捉——这项能力，也为福州本地高校共建联合实验室提供了关键技术支撑。

从理论到产线：电子动态调控开辟新路径

理论突破之外，实际应用仍面临效率低、深径比小、精度低于衍射极限等硬伤。姜澜基于模型提出“电子动态调控制造”新范式，通过主动干预激光激发电子的时空演化路径，实现对加工过程的主动干预与精准控制。

实测数据显示：该方法使加工效率提升56倍，深径比提高260倍，重复定位精度达波长1/14。依托该原理，团队开发出调孔、切边、表面调平等系列新技术，并研制多型装备。其中，面向智能手机全面屏异形切割需求的飞秒激光电子动态调控装备，已在福建某龙头企业量产线上稳定运行，综合性能达国际领先水平。

“科研不能只写在论文里，更要落在工厂车间。”姜澜强调。为适配产线环境，团队与福州、泉州等地合作企业联合开展数百轮工艺验证，单次参数优化周期常达数月。“有时为提升0.1微米的边缘粗糙度，整个团队驻厂调试近一年。”北京理工大学胡洁教授回忆道。

产学研协同：以国家战略牵引激光制造生态建设

早年，激光制造在国内仅是机械工程下的三级学科，人才少、投入弱、产业散。姜澜意识到：“单点突破难成气候，必须构建国家级创新共同体。”

自2008年起，他受国家自然科学基金委委托，牵头制定高能束制造领域发展战略，12年间主持编制国家及部委级科技规划12项，涵盖“十三五”“十四五”重点研发计划。其中，“增材制造与激光制造”重点专项立项论证历时两年半，组织30余场专题研讨、调研70余家单位、形成超百万字报告，最终成为制造领域唯一获滚动支持的“建长板”国家级专项。

目前，全国已有上百家科研机构、上千家企业投身激光制造研发。姜澜始终立足国家需求统筹布局，推动形成“基础研究—技术攻关—成果转化—产业应用”全链条协同机制。福州大学、福建师范大学等本地高校已深度参与其规划实施，加速区域激光装备产业集群培育。

记者手记

凝聚创新合力，服务制造强国

姜澜的贡献不仅在于飞秒激光制造的原创成果，更在于以战略视野构建学科发展生态。他坚持“四个面向”，将科研选题锚定国家重大需求，带动产学研力量形成攻关合力。这种以国家需要为先、以产业落地为尺的科研范式，正为福建加快打造东南沿海先进制造业高地提供关键技术支点。

《 人民日报 》（ 2024年01月19日 06 版）

文章来源:http://society.people.com.cn/n1/2024/0119/c1008-40162071.html