在廣東東莞鬆山湖科學城，中國散裂中子源附近的一片建設工地上，一座能“看見”電子運動的“國之重器”——先進阿秒激光設施正加速建設。

作為亞洲首個阿秒激光設施，該項目自去年1月正式動工以來備受矚目。近日，記者從中國科學院物理研究所獲悉，目前，先進阿秒激光設施土建工程已完成封頂，核心關鍵技術取得重大突破，其“心臟”部件——高性能飛秒激光器已成功實現全國產化，打破了國外在該領域的技術壟斷。

微觀世界的“超高速攝像機”

阿秒激光設施被形象地稱為“超高速攝像機”。“阿秒”是指百億億分之一秒的時間單位，電子的運動就處在幾十到數百阿秒的時間尺度上。基於高性能飛秒激光，先進阿秒激光設施能實現對電子運動的跟蹤、測量與操控。

作為一個前沿類大科學裝置，先進阿秒激光設施將為物理、化學、材料、信息、生物醫學等領域提供重要的研究工具。該項目的首席科學家、中國科學院物理研究所研究員魏志義介紹，通過該裝置，科學家可以像看電影的慢動作回放一樣，了解電子在原子內部的運動，探究它們之間的相互作用，操控它們的行為。

目前已建好的散裂中子源、同步輻射光源等科學裝置主要從空間維度探測物質結構細微的特性。而阿秒激光則能從前所未有的時間尺度上，研究並控制發生在超短時間內的微觀過程。

魏志義表示，當具備高空間分辨率和高時間分辨率兩種手段開展科學研究時，就能夠更加全面地了解物質世界的科學規律，認識其物理機制，進一步改造並控制物質的特性，從而解決很多重大的科學前沿問題。“同時，還能推動半導體材料與器件、信息技術、光伏能源、新藥研發、癌症早期診斷等高技術行業的升級發展。”魏志義說。

這一“大國重器”由中國科學院物理研究所與西安光學精密機械研究所共同建設。其中，中國科學院物理研究所承擔了6條阿秒激光束線、13個研究終端的建設任務，項目團隊先后攻克了樁基、筏板基礎、鋼網架結構等關鍵工程，完成多輪工藝設計深化，目前已完成主體建筑結構封頂。

核心部件打破國外技術壟斷

先進阿秒激光設施能否長期穩定運行，取決於其“心臟”——高性能飛秒激光器。“沒有高性能的飛秒激光器，就難以實現高質量的阿秒激光輸出。”魏志義說。

然而，在項目籌建前，我國所需的高性能飛秒激光器長期依賴國外進口，不僅面臨禁運風險，且維修費用高昂、周期漫長。“對於需要長期穩定運行的大科學裝置而言，這是難以接受的。”先進阿秒激光設施總工程師趙昆坦言。

為此，科研團隊經三年技術攻關，著力解決了關鍵材料、核心器件、整體設計、系統集成、長時間穩定運行等技術難題。

趙昆表示，團隊研制完成的五類激光器均已通過了中國計量科學研究院組織的技術測試，關鍵技術指標全部達到設計要求。在工藝測試驗收中，與會專家一致認為此五類激光器綜合性能已達到國際先進水平，完全能夠滿足阿秒激光設施建設需求。

這意味著，長期被國外壟斷的高性能飛秒激光器已成功實現全國產化，有望為其他大科學裝置建設及重大任務攻關提供相關激光器解決方案。

趙昆透露，按計劃，今年10月，該設施將完成基建工程，2027年1月開始進行設備安裝，預計2028年下半年全部完成，2029年進入調試驗收階段。

建成后，先進阿秒激光設施將實現從納米—軟X射線到毫米—太赫茲的全波長覆蓋，實現超高時間分辨、空間分辨、能量分辨的光—電—磁—熱綜合實驗平台，在脈沖能量、脈沖寬度、光子能量、光子通量等性能指標上取得突破，達到世界先進水平。

南方日報記者 吳雅楠