《追光者》
一文一人一故事。《追光者》栏目由光电汇特别策划,讲述充满传奇色彩的追光故事。
从弄懂“激光”名词,到成为光电子学科;从一个学科,到改变整个产业格局;从科研探索,到产业实际应用;从成立中国第一家激光企业,到现在中国激光产业的蓬勃发展,这就是华中科技大学“激光”50年发展的写照。在这里发生了许多改变行业、改变光谷的大事,也走出了不少开创学科先河、助推产业发展的激光人,朱晓就是其中之一。
忙碌是朱晓教授生活的主旋律。采访当天,朱教授上午带着学生到企业进行生产实训,下午参加智能制造的相关会议,第二天还要出差。在日常行程如此紧张的情况下,我们有幸采访到了朱教授,回溯他近半个世纪的“追光”故事。
朱晓
华中科技大学 教授/博导
华中科技大学激光加工国家工程中心 主任
湖北省激光学会、武汉激光学会 名誉理事长
武汉中国光谷激光行业协会 会长
入行: 一个课题定终生
1981年高考后,对军事特别感兴趣的朱晓,选择了华中工学院(现华中科技大学),填报了激光专业。
之所以选择激光专业,据朱晓回忆,是源于1980年上映的一部科幻电影——《珊瑚岛上的死光》。那个年代,激光还是一个新鲜词儿,就是因为新鲜,所以才会更加吸引。
当时华中工学院的光学工程系仅三个专业:光学仪器、红外和激光专业,每个专业只有一个班,一个班全国统招30人。“我们这个专业当时是很难进的,不仅要分数高还要长得好看。虽说我们班只有三十来个人,但却是当时名副其实的‘颜值班’。”朱晓老师笑着调侃道。
学生时代的朱晓,与大多数人一样,也曾经历过迷茫期,不知道自己未来想做什么,能做什么。本科毕业,他继续在本校攻读硕士和博士,并有幸参与了李再光教授领导的“机载激光探测潜艇”项目。这是朱晓参与的第一个课题,主要协助李教授从事项目总体设计和试验工作,也正是这个项目从此改变了朱晓的一生。
从1988年到2002年,这个项目一做就是十多年。前十年是在李再光教授的带领下做激光探测潜艇的课题;后面几年是从李教授项目延伸出来,由朱晓牵头的水下激光成像的项目。
“第一个课题对我的影响是巨大的。”朱晓回忆说,这个课题的实验难度超乎了一般人的想象。与一般在室内实验不同,激光探测潜艇的课题是把激光器装在飞机上,再探测海里的潜艇,需要在海上进行现场实验,朱晓说:“在实验过程中,我好几次差点死掉。”让朱晓记忆最深的一次是,把他绑在海军舰的船舷上面去测试,结果一个巨浪打来,幸得李老师及时发现,关掉了电闸,“否则我就被电死了。”朱晓用平淡的口吻回忆着命悬一线的时刻,“经历了这种生死锻炼后,我以后的心态都平和了不少,最重要的是我找到了一生的追求,投入毕生精力去做激光技术的研究。”
在这个项目研究中,朱晓有幸去美国参加了一场国际会议。在会议的文献资料中他翻阅到一个做激光水下探测的美国公司,当时初生牛犊不怕虎,打算找对方交流学习,却被放了鸽子。“怎么才能不被放鸽子,那就是要比他做得好。这既是一种压力,也是一种动力。”朱晓暗下决心:总有一天中国激光产业的壮大,会让外国人重视和尊重我们!
定标: 脉冲碟片固体激光器
朱晓的激光人生,用他自己的话来说就是“命好”,自己想做什么的时候就会出现适当的机遇得偿所愿。
“我也曾遇到过难关,有过迷茫。以前刚开始工作都是‘跟着走’,跟着导师走。那个时期的我不知道以后自己的研究方向在哪里,自己到底想做什么,也意识到想独立牵头做项目,当时自己资历远远不够。此时,出现了一个机遇,去德国进修,这也让我找到了未来的方向。”
1999年,朱晓去德国柏林工业大学做半年的访问学者。在此期间,他在德国研发固体激光器最有名的Weber Horst教授的激光研究所里,见识到了国内外固体激光器技术和产业模式的巨大差距。于是,他决定,回国研发固体激光器。此时,凌云集团正在计划投资研究激光技术,双方一拍即合。朱晓帮助凌云集团引进了国外的光纤耦合半导体激光器技术,成立了武汉凌云光电科技有限责任公司。
从2000年起,朱晓开始研发固体激光器。国内固体激光器的泵浦源最早是棒状晶体,但由于散热差,光束质量很不理想。为了将热量散出来,当时国内同仁想了两个极端的方法:一种是将晶体棒拉得很长,也就是现在的光纤激光器;另一种是将晶体棒做得很薄,也就是碟片激光器。
2007年,时任国家主席的胡锦涛总书记跟俄国总理普京签订了战略合作协议,提出加强双方的高科技领域合作,朱晓代表华工科技参与了此次中俄交流,并提出研发碟片激光器。这也奠定了朱晓后续10年的研发方向和目标。
朱晓在调试碟片激光器多程泵浦模块
为什么会选择碟片激光器这个方向?在科研路上,朱晓研发过受抑全内反射Q开关、激光玻璃雕刻、激光电网除冰、激光深度雕刻、激光牙齿漂白等多个项目。唯独在碟片激光器上,朱晓表现出无比“固执”。
光纤激光器和碟片激光器的散热效果都很好,业界对两者优劣的争论一直未曾停止。工业界一致认为,光纤激光器因为光纤结构简单、效率更高,在连续运转的时候具有优势,在工业领域可谓是“一统天下”。反观碟片激光器在当时的应用却止步不前。但朱晓认为,光纤激光器和碟片激光器各有优势,他们不是一种替代关系,而是一种互补关系。光纤激光器因为光纤太细,所以无法满足高脉冲能量需求,但碟片激光器的受热面积大,恰好是大脉冲能量、高平均功率、高峰值功率、高光束质量应用场景的最佳选择。
“当时做碟片固体激光器比较知名是德国的TRUMPF和Rofin公司,其中作为上市公司的Rofin中途放弃了碟片激光器转而去研发光纤激光器,不少人包括华工激光都劝我放弃碟片激光器。但我不信邪,超快、皮秒/飞秒要做大能量,那就是碟片激光器的天下。所以,TRUMPF坚持下来了,它就成了全球唯一一个将碟片激光器投入实际应用的企业。而我也坚信如此。把一个东西研发出来,再实现产品化,最终投入应用,造福社会,这实现了我这辈子的一个梦。
从2007年到至今,朱晓一直坚持碟片激光器的相关研发。目前,朱晓团队已研制出自主知识产权的薄片激光增益介质多程泵浦模块、声光调制器件、冲击冷却模块等碟片激光器的核心器件,也完成了碟片激光器国内产业链的贯通,朱晓表示,目前我国碟片激光器技术问题已基本解决,武汉华日激光公司正在研制系列碟片激光器工程样机,国产碟片激光器产品推出指日可待。
在推进脉冲碟片激光器产业化的同时,朱晓教授还在辽宁激光产业园鞍山华科大激光公司搭建“‘用好’碟片激光器和光纤激光器研发平台”。朱晓教授一直用“道”的思想指导激光应用,“道生一,一生二,二生三,三生万物”。“道生一”是从无到有,“三生万物”是指多种手段并举可解决问题,这都是质变。“一生二,二生三”是量变。因而,把光纤激光器和碟片激光器进行融合,把连续激光和脉冲激光进行复合,也许能解决新的难题。
助力: “三句口号”助力产业发展
身兼数职的朱晓,不仅是实现多项突破的科研工作者,还是传道授业的师者,积极推广激光应用、推动产业发展。
2006年,朱晓被华中科技大学任命为激光加工国家工程研究中心主任,在湖北省暨武汉激光学会第六届会员大会上,当选为湖北省暨武汉激光学会理事长,在武汉中国光谷激光行业协会第二届会员大会上,当选为武汉中国光谷激光行业协会会长。历史的机遇、命运的安排,使朱晓集东湖高新区激光领域产学研重任于一身。从2006 年开始,朱晓团结激光领域产学研各方的同仁,每隔五年提出一个发展口号。
2006 年他提出了“激光产业到了井喷式爆发的前夜”,当时整个产业的发展非常艰难,一来没有广阔的市场,二来技术也处在了更新换代的阶段。老的技术跟不上国际的发展,即将被淘汰;新的技术被迫切需要。“但要对这个市场有信心。为什么叫前夜咧,就是黎明要到了,而且是井喷式爆发。”那个时候,朱晓似乎看到了激光产业的光明前景。
在此口号的鼓舞下,朱晓整合激光产业资源,争取到了国家科技部支撑计划重大项目“新一代工业激光器及其装备研发与应用示范”,总经费 1.8 亿元,国拨经费近 9000 万元。该项目历时5年,解决了行业里最核心的工业激光器问题。2006年至2011年,朱晓领导武汉激光行业在“造枪炮”,一系列制作工业激光器的公司萌芽并成长。其中,武汉锐科激光公司现已历练成为行业中的领头羊,2018 年6月在创业板顺利上市。
2012年,朱晓提出了第二个口号“从猴子到激光”。在他看来,工具是人类进化的重要标志,每一个时代的划分都与工具的发展有着密切的关系。现在代表人类进化的工具是计算机和互联网,在此之后是什么?朱晓认为,继计算机和互联网之后,代表人类进化的工具就是激光。这个口号之下,朱晓又组织行业力量,争取到了国家发改委“光电器件与激光产业集聚发展试点项目”的支持,国拨经费 3 亿元。
在“第二个五年”里,最重要的奋斗目标是使光谷激光领域的企业具备规模产业化的能力。朱晓回忆,当时的公司都很小,没有自己的研发基地、生产厂房和一系列规范性的生产流程。他将规模化的发展比作“从游击队变成正规军”,以前每年只能, 生产几台、十几台激光设备,现在每年要生产几百台、上千台,才能称得上是有规模。2012年至2017年,朱晓助力武汉激光行业在“筑战壕”。
如果说要把光谷激光产业的发展看成一场战役,按照朱晓提出的,第一个五年制造出高技术的激光器就是“造枪炮”,第二个五年解决规模产业化问题就是“筑战壕”。“这俩准备好了,后面就是打仗。”朱晓笑着说。
打好这一仗,就要激光与各行各业深度融合,满足他们的需求,这正是第三个口号“激光到了应用的时代”的意义。朱晓分析,这简单的九个字包含了两个关键点:一是,激光器已不是最为重要的部分,激光研发专家要成为配角,而让激光应用专家唱主角;二是,此时期的激光企业必须拥有核心器件或规模,使国有化程度越来越高。
为此,朱晓积极与各个行业的企业、协会交流沟通,规划激光产业的未来蓝图。
十几年来,他和其他致力于推动产业发展的追光者们都是按照这三句口号,一步一个脚印做起来的。朱晓表示,这是一个螺旋式上升的过程,现在要重新思考,新的枪炮、新的基地、新的应用是什么?或许万瓦级超快激光器及其应用就是新的风口。无论是科研还是产业,要提前看到这种规律,提前布局。“未来十五年,我已退休,但不影响我继续思考激光产业的未来!”
回顾自己追光40年,朱晓教授连续几次都调侃自己命好。但我们知道,命运只会垂青有准备的人。对于未来激光的发展,朱教授也有着自己的殷殷期盼:
首先,无论是搞科研,还是搞产业,必须要有坚持的态度,坚定目标一路向前,将每一步都做“到位”。
其次,科研人定位要清楚,积极主动走进企业,了解应用需求;要鼓励宣传企业多与科研人员沟通交流,获得前沿消息,才能提前布局规划未来。
通过几十年的发展,目前中国激光产业发展实现了从0到1,从1到N的过程,要看到这是时代机遇和国家政策支持的产物,更是时势英雄们奋斗得来的结果,更要正确认识目前国内外存在的差距,不能盲目自信,尤其是国内恶性竞争越来越多,如何将这个行业实现良性发展?这是需要行业人长期思考的问题。
最后,朱晓希望新一代“追光人”能够青出于蓝胜于蓝。2021年是湖北激光诞辰50周年,湖北激光50年的发展,是中国激光产业从无到有、从小到大、从弱到强的一个缩影,湖北50年激光文化,朱晓凝练到一个字——“创”,创左边是仓,右边是刀,说明只有去拼搏,粮仓中才有收获。希望新一代“追光人”敢拼敢闯,创造更加美好未来。