中科院院士徐至展：中国激光领域不断创新的“领头羊”

吕斌

今年77岁的中国科学院院士、第三世界科学院院士徐至展每天清晨提着一个黑色布包，迈着有点急切的步子走向办公室。2016年是他来到中国科学院上海光学精密机械研究所（简称“上海光机所”）的第50个年头，近半个世纪以来，他致力于开拓与发展中国强激光科学技术并进而攻关超强超短激光与强场物理新领域及其重大应用，为中国上述当代重大科技前沿领域进入国际最先进行列作出了先驱性杰出贡献。

如今，头发已经花白的徐至展仍像年轻时一样全身心扑在科研上。

赤子丹心献激光

徐至展1938年12月16日出生在一个普通知识分子家庭。由于父亲工资不高，家里人口众多，生活清贫的徐至展靠国家的助学金相继读完小学、中学、大学直至研究生毕业。早在徐至展读中学的1950年代，对物理感兴趣的他心中便播下了一颗种子：立志将来做一名物理学家，要用知识与成果报效祖国。

高中毕业后，成绩优异的徐至展被保送到南京航空学院（如今的南京航空航天大学），那时国家急需制造第一代喷气式飞机的人才。1957年，当学校允许个人自由选择时，徐至展仍念念不忘成为一名物理学家的理想，便转到复旦大学物理系攻读了5年。

本科毕业后，徐至展考入北京大学继续深造，成为我国著名物理学家王竹溪先生的研究生。

“王先生的学识和人品对我影响很大，当时他虽然是北大的副校长，但每个星期必定抽出半天时间指导我和另一个研究生，如果因会议等事情耽误了也要补回来。王先生使我更加坚定了把一生献给科学的信念和意志。”

1965年，从北大毕业的徐至展加入到上海光机所。该所是1964年成立的中国第一个激光科学技术的专业研究所，从创立开始，就一直承担强激光引发核聚变这一国家重大科研项目。

核聚变是两个较轻的原子核聚合成一个较重的原子核，从而释放巨大原子能的一种核反应形式。例如，太阳的能量就是来自其核心持续进行的核聚变反应，氢弹爆炸也是一种核聚变。由于核聚变能是一种几乎取之不竭的无碳能源，它成为人类梦寐以求的未来新能源。

徐至展向笔者解释，激光核聚变，实际上就是利用强激光来引发核聚变，相当于在实验室内引爆一个微型氢弹。它在国家安全和造福人类、解决能源问题等诸多方面，意义极其深远。

凭借着创造激情和忘我工作，徐至展很快脱颖而出。不久后被委任为激光核聚变研究室业务负责人，长期主持上海光机所的激光核聚变研究，包括激光产生、加热和压缩等离子体并引发核聚变反应的实验和理论研究。

“当时我们都感到责任重大，不敢懈怠，因为每一个关键的技术、关键的原理都要我们自力更生来研发，来筹备。而且我们的实验条件和工作条件是很艰苦的，经常加班加点。记得有个夏天我们连续工作了30多个小时，累了就在实验室外面的板上躺一躺，然后爬起来再干?！?/p>

在艰难的环境面前，徐至展研究团队反而充满着顽强的意志。经过多年辛苦拼搏，70年代初期，他们终于连续取得了一系列重大突破。如：1972年，激光产生600万摄氏度高温高密度等离子体；1973年，激光打靶（氘冰、氘化锂与氘化聚乙烯）发射中子；1975年底，建成1011瓦级六束激光打靶实验装置；1977年，利用六路激光装置实现多束激光驱动微球靶向心压缩等。

上述开拓性成果是当时激光核聚变领域处于开创阶段的里程碑式进展，不仅在中国是首次实现，在国际上也屈指可数，这也为中国后续深入系统开展激光核聚变研究，奠定了十分重要的技术基础。

1978年，由徐至展主持完成的“激光核聚变研究”重大成果获全国科学大会奖。1982年，他作为主持人之一的另一项重大成果“六路钕玻璃激光等离子体物理实验装置”获中国科学院科技成果奖一等奖。

由于在强激光物理及其重大应用等领域取得瞩目成就，1991年，不满53岁的徐至展当选为中国科学院学部委员（院士），成为当时全国最年轻的院士之一。

“有人对我讲，老徐啊，你已经成了院士，功成名就，不要再那么拼命，可以歇一歇、松口氣了?？墒?，这种说法和我遵循的人生价值观并不符合，我一直要求自己‘执著献身攀高峰，用知识和成果报效祖国，毕生为国家的科学发展做贡献。我不可能停下步子来?！?/p>

就这样，徐至展将当选院士作为科研事业的新起点，继续奋斗在科研一线。

独辟蹊径攀高峰

自从上世纪60年代初美国科学家梅曼发明世界上第一台红宝石激光器以来，激光科学成为世界各国竞相研究的前沿领域之一。徐至展告诉笔者，超强超短激光能够为人类提供前所未有的极端物理条件与新的实验手段，这些极端物理条件过去都只能在核爆中心、恒星内部或者黑洞边缘找到，现在在实验室利用激光就可能创造。

基于啁啾脉冲放大与光学参量放大相结合的光学参量啁啾脉冲放大（简称“OPCPA”），是国际上积极探索的持续创新发展超强超短激光的全新原理，一旦突破，有可能为激光科学技术的发展开辟一个新时代。

1998年，徐至展敏锐地意识到，OPCPA对向超短超高超强的更高层次的持续创新发展可能带来革命性的推动。于是，他不失时机地建议并组织队伍开展“小型化OPCPA超短超强激光装置”的研究。

“因为我们要进行的是利用OPC-PA新原理来实现新一代的超强超短激光，所以难度是比较大的。国际上虽然发达国家都竞相研究，但是都停留在比较低的水准上，还没有突破它的根本问题?！毙熘琳垢嫠弑收?，这个根本问题就是OPCPA新原理基于的两个光束要在时间上精确同步，且光谱、脉冲要完全匹配等。

项目立项之初，徐至展团队决心要走到国际最前列，经过可行性分析，他们的预定目标是实现10太瓦级新一代的超强超短激光。

然而，当项目真正实施起来难度却很大。“一个是因为我们预定的指标很高，当时国际上的最好结果还是英国卢瑟福实验室的1太瓦级。还有一个原因是既涉及到科学原理，又涉及到工程性的实施，需要不断克服瓶颈，不断前进?！彼档秸饫铮熘琳沟拿纪方ソソ趱酒鹄?，仿佛仍然置身于当年的情境之中。

项目进行到中期的时候，研究进展离最初的预定目标相差尚远。如果最后完不成任务，身为首席科学家的他将要付出信誉上的代价，一种无形的压力像巨石压在了徐至展的肩上。

尽管身肩重担，徐至展却毫不气馁。只要有时间，他便会亲自到实验室指导并组织科研团队。他一如既往的科研热情和坚定意志感染着每一个人。

为了解决研究瓶颈，徐至展组织老中青相结合的队伍积极讨论研究解决方案。秉持着“东方不亮西方亮”的原则，终于，他带领团队开辟了一条全新的道路。

“我们提出了一个全光同步的、完全不同于国际上的更为先进的总体创新方案以及发展相应的单元创新技术。目标就是克服原先使路线停滞不前的关键技术瓶颈?！?/p>

在总体创新方案以及单元创新技术成功实施的基础上，徐至展团队实现了把基础性原理探索与工程性技术实施相结合，在2002年成功创建了世界首台基于OPCPA新原理的小型化10太瓦级新一代超强超短激光装置，并获得了激光峰值功率最高（16.7太瓦）且对应脉宽最短（120飞秒）的创国际最高水平的重大成果，远超当时国际同类研究最好结果（1太瓦级）一个量级。

该项突破是中国新型高功率强激光系统的总体输出功率水平第一次在国际上取得领先地位，被国际同行评价为“十年来国际OPCPA研究领域中最杰出的实验成就”，先后获得上海市科技进步奖一等奖和2004年度国家科技进步奖一等奖。首创的光同步总体方案近年也被欧盟大科学装置ELI（极端光设施）计划的概念设计方案等采用，为国际超强超短激光领域的长远发展提供了关键技术基础。

紧接着，徐至展及其团队发明了抑制寄生振荡等多项创新技术，2007年研制成功创世界最高峰值功率的超强超短激光系统，获得了当时国际同类装置中最高的峰值功率（0.89拍瓦）和最短的脉冲宽度（29.0飞秒）。

應用该系统及建成的实验平台，徐至展及其团队已在激光驱动台式化核聚变、高亮度中子源和高能电子加速等多项重大应用研究中取得了有重要国际影响的突破性研究成果，是国际同类装置中少有的已取得重大应用成效的装置。

近年来，徐至展及其团队又创造性地解决了高增益放大并超高时间对比度等关键科学技术问题，2013年研制成功当时世界最高峰值功率的2拍瓦激光放大系统并突破了获得超高时间对比度激光脉冲的世界性技术难题，2014年又进一步创新发展主动寄生振荡抑制技术等，2015年研制成功5拍瓦超强超短激光放大器，大幅度领先国际同类研究。

“我的科学生涯让我感悟到，攀登科学高峰的历程崎岖又艰辛。只有摒弃浮躁与急功近利，心无旁骛，耐得住寂寞潜心研究，方可十年磨一剑，孕育令人振奋的成功。”这个攀登了半个世纪的近八旬老人，发出了自己的肺腑之言。

老骥伏枥争朝夕

认识徐至展的人都知道，老先生对科研的热爱从未减退过。几十年来，实验室几乎成为他的家，他很少有休息日和假期，为了研究，他常常日夜苦干。

徐至展身上始终有着一种忘我的工作精神，科学研究对他来说已经成为生命中不可分割的一部分，成为了“一种注入到血液中的责任感”。

近十年来，徐至展在强场物理前沿开拓中也取得了原创性的科学新发现。如，他领衔的研究组发现国际强场物理领域过去三十年研究中丢失的重要物理现象等。

“强激光场中的原子分子的光电离是整个强场物理的重要科学基础之一，但是原先的研究是有局限性的，在实验室内，因为大部分强场物理实验局限于钛宝石的波长800nm。当然，也可以经过倍频以后进一步缩短，所以我们急需发展新波长超强超短激光，以至于可以进行一些人类还没有进行或较少进行的实验研究?！?/p>

徐至展总是对重大科学问题有着敏锐的洞察力，他非常擅长于把握学科发展的前沿和趋势。在他的带领下，团队自行研制成功可调谐中红外新波段超强超短激光实验平台。利用该实验平台，他们意外发现在隧穿电离的光电子能谱当中，存在以前从来没有被发现、被丢失的低能峰状新结构。

该项原创发现被国际学术界广泛称为“低能结构”，推动了现有的强场物理理论发展，引领了学科新方向。

光华背后是不为人知的付出。徐至展曾经连续几个月操劳奔波，最后因过度劳累而被送进医院。

“尽管我自己的工作成就十分有限，但有一点可以问心无愧，那就是我始终心甘情愿把自己奉献给国家的科技事业，全身心投入，付出所有?！庇弥队氤晒ㄐё婀睦硐?，徐至展是在用自己的一生去践行。

当笔者问及他对未来的规划时，他脱口而出“最近有两个非常重要的项目”。其中一个是要建成世界领先水平的10拍瓦级的超强超短激光装置，他担任该项目的首席科学家；另一个是刚刚立项不久的中国科学院先导性B项目，要进行超强激光与聚变物理前沿研究。

“我们经过多年努力，才站在了超强超短激光科学和强场物理新领域国际最前列。我想继续推动国家在上述领域的发展，保持领先地位?！?/p>

在徐至展看来，前方仍然任重道远。不过，他深知青年科技人才是国家未来的希望。除了科研工作，他把大量精力投入在了人才培养上。他不仅在学术上给予学生指导，还在思想上、生活上给予他们关心，坚持高起点、高标准，严要求，不断提高学生驾驭科研工作的能力。

当学生发表论文时，他总是把自己的名字放在后面，将学生推上第一作者；他非常乐于让青年学生代表他在国际会议上做特邀报告，使他们能够迅速在国际上打开知名度；在人民大会堂领奖时，他还特意让学生一起参加……

如今，徐至展已培养了一大批高层次科技人才，他们中间有许多人成为了优秀的学术带头人，如4位博士获得全国优秀博士学位论文奖，6位博士获得国家杰出青年科学基金，8位博士入选中科院百人计划。他十余次被评为中科院优秀研究生导师，杰出贡献得到公认。

几年前，有人问徐至展什么是诺贝尔精神，思索片刻，他回答道：“诺贝尔精神，我的理解就是不断的、持续的、一个接一个的、后人在前人基础上的创新和求实，以及科学家永恒的献身精神?！?/p>

也许，正是因为有这样的理解，徐至展将青春与热血全部奉献给了祖国的科学事业，并持续奋斗与攀登。

（责编 孙礼勇）