姜澜（左三）指导学生开展飞秒激光电子动态调控加工实验。学校供图

    同等功率下，激光脉冲的持续时间越短，瞬时功率就越大。当激光脉冲持续时间短至千万亿分之一秒级，瞬时峰值功率可超过百万亿瓦，超过全世界所有发电厂装机功率总和的上百倍。这就是飞秒激光。

    通过调节飞秒激光脉冲在时域、空域和频域的性质，飞秒激光就会变成一把形状、性质可调，无坚不摧的柔性刀具，在微米、纳米尺度下完成高精度切割、打孔、调平等，甚至能够实现电子层面的调控……20多年前，姜澜看到了飞秒激光应用的巨大潜能。

    如今，在北京理工大学机械与车辆学院，姜澜及其团队在国际上率先预测了飞秒激光加工形状，率先提出了飞秒激光电子动态调控制造新原理，率先实现了激光制造中电子层面主动调控，率先研制了首套跨尺度准三维超快连续观测系统，率先实现了激光制造中电子层面的观测，率先实现了飞秒激光制造的重大工程应用，率先实现了飞秒激光制造的规模化产业应用。

    不惧挑战，攻关科技难题

    自1960年人类第一台红宝石激光器诞生以来，科学家们不断将激光的性能推向更快、更强。上世纪80年代，研究人员发现当激光脉冲持续时间短至千万亿分之一秒级、强度超过百万亿瓦级的超快、超强区间后，经典的理论模型已经不能够解释这一超快超强电磁场与物质的相互作用机理，这成为制约飞秒激光发展的瓶颈。本世纪初，姜澜进入了飞秒激光制造研究领域。

    上本科时，姜澜对物理产生了强烈的兴趣，“‘相对论’‘量子力学’都是那时我潜心钻研的方向，以激光为代表的高能束制造本质上是能量与物质的相互作用，是我非常感兴趣的方向”。

    没有团队、没有项目、所关注的只是三级学科领域的一个研究分支，回忆起20多年前孤身入局的情境，姜澜的嘴角泛起一丝幸福、回味的微笑。“那是一段无人打扰的独自潜心研究的美好时光。”

    6年后，姜澜在飞秒激光制造理论研究中取得了突破性进展。他提出了改进双温度模型，将经典双温度方程的适用范围从电子低温区扩展到了任意电子温度范围，提高了飞秒激光加工阈值预测精度。他建立了等离子体量子模型，首次预测了飞秒激光加工形状，成功预测了系列重要反常效应，获得了包括诺奖得主在内的广泛国际实验验证和正面评价。

    2006年，姜澜在北理工组建了国内第一支飞秒激光制造及其应用科研团队。

    当时，挡在团队面前的是又一道障碍。飞秒激光加工效率低，精度差于衍射极限，深径比低，这些飞秒激光加工的“固有缺陷”，正是导致飞秒激光加工20余年未能走向实际应用的原因。

    姜澜应用他所建立的模型揭示，要解决上述难题，核心是“能否调控局部瞬时电子动态”。根据他的理论模型预测，姜澜提出可通过飞秒激光时空整形实现激光制造中局部瞬时电子动态的主动调控，进而控制加工结果的技术路线。这一技术路线大幅拓展了激光制造的极限能力。在这一理论模型的支撑下，姜澜团队将飞秒激光加工效率提高了56倍，可重复加工精度达波长的1/14，深径比极限从20∶1提高到超过5000∶1。

    其后，姜澜提出并带领其团队研制了跨尺度准三维超快连续观测系统。“跨越15个时间数量级，峰值帧速率达数万亿帧/秒的观测系统验证了飞秒激光电子动态调控制造新原理。”姜澜说。

    在国家“十三五”科技创新成就展中，姜澜团队的飞秒激光电子动态调控制造成果入选。11位院士组成的鉴定委员会这样评价：“率先实现了激光制造中电子层面的主动调控和飞秒激光加工的产业化与重大工程应用……总体达到国际领先水平。”

    服务国家重大需求和国民经济主战场

    一个外行走进飞秒激光微纳制造研究室，很难将眼前的大型实验设备以及排布在工作台上的数百个光学镜片与现实生活联系起来。而突破了基础科研的研究人员却已看到了极其广阔的应用前景。

    手机屏幕异形切割是手机制造的关键技术。“一块手机屏幕的结构就像一块多层蛋糕，在不同层分别分布着玻璃、聚合物、金属、绝缘体，还有胶水。”姜澜说，“传统刀具束手无策之地，正是飞秒激光大显身手之处。”目前，应用姜澜提出的电子动态调控切割新工艺，与大族激光合作研发的飞秒激光制造装备在全球市场的占有率达到60%。

    难加工材料的三维复杂微细结构加工是尖端制造领域的世界级难题。姜澜发明了电子动态调控制孔、切割、调平、刻型等新技术，带领其团队研制了一系列主要指标显著优于国际水平的新装备，为37个国家重大科技工程和国家重大装备奠定了基石。

    姜澜说：“强大的制造业是强国建设的基石，而且制造业的强大往往领先强国地位确立20年。”

    “十二五”期间，高能束制造成为了国家自然科学基金委重点支持方向，姜澜担任高能束与特种能场制造领域负责人，并牵头撰写了“十二五”以来基金委高能束与特种能场领域的系列规划。

    “十三五”和“十四五”期间，姜澜担任了国家重点研发计划“增材制造与激光制造”重点专项实施方案编制专家组、指南编制专家组和总体专家组组长。他投入大量时间致力于国家在先进制造领域首个启动的重点专项。目前，专项已部署相关研发项目112个，有力推动了我国增材制造与激光制造跻身国际第一梯队。

    瞄准科技前沿不断突破

    已经在研究所入职两年的张学强现在还记得在美国加州大学伯克利听姜澜讲座的情景。“他讲了飞秒激光制造的技术进展，也讲了飞秒激光制造潜在的应用前景。”张学强说，“讲座后，我们交流时，他问我‘愿不愿一起做点真正的科研’，这一句话把我召回来了。”

    姜澜技术团队的学生都知道，姜老师反对发“水文章”。博士生连易灵解释说：“别人做过的实验，拿回来复现，再调整一下参数；或者别人的实验，换一种材料再做一遍，都是‘水文章’。”

    真正的科研是什么？姜澜说：“要么在学术前沿取得突破去顶天，拓展人类的认知领域；要么在国家重大需求和国民经济主战场实现应用去立地，攻克关键技术问题。”

    严格的要求带出了一支过硬的科研梯队。姜澜培养了博士和博士后33名，40%任教于“双一流”高校、57%就职于国家重点行业相关研究机构。他所指导的博士生曾获中国机械工程学会“上银优秀机械博士论文奖”6次，包括银奖、铜奖、优秀奖、佳作奖，“挑战杯”全国竞赛特等奖等，2人获批欧盟“玛丽·居里”学者。至今，姜澜已培养了9名国家级高层次人才。

    在北理工飞秒激光微纳制造研究所里，飞秒激光的应用领域还在不断取得突破。李晓炜教授正在致力于飞秒激光制造的系列重大应用。胡洁教授正在聚焦医工融合，飞秒激光技术可以为骨肿瘤治疗提供抗菌、抗凝血、可载药的医疗器具。李欣教授正在关注复合材料加工在航空航天中的应用。

    在姜澜看来，飞秒激光无坚不摧的特性，也应该是一支有志于真正科研的团队所具有的特性。“瞄准科技前沿，服务国家需求，这是我们这代科研工作者的时代使命，也是我们工作不断取得突破的秘密。”姜澜说。