Bei gleicher Leistung ist die Momentanleistung umso höher, je kürzer die Laserpulsdauer ist. Wenn die Laserpulsdauer nur eine Billionstelsekunde beträgt, kann die momentane Spitzenleistung eine Billion Watt übersteigen, mehr als das Hundertfache der installierten Leistung aller Kraftwerke auf der Welt. Das ist der Femtosekundenlaser.
Durch Anpassen der Beschaffenheit des Femtosekundenlaserpulses im Zeit-, Raum- und Frequenzbereich wird der Femtosekundenlaser zu einer Form und Beschaffenheit des einstellbaren, unzerstörbaren flexiblen Werkzeugs im Mikrometer- und Nanomaßstab, um hochpräzises Schneiden und Stanzen durchzuführen , Nivellierung usw. und sogar in der Lage sein, das elektronische Niveau der Regulierung des ... zu realisieren. Vor mehr als 20 Jahren sah Jiang Lan den Femtosekundenlaser. Die Anwendung von Femtosekundenlasern hat großes Potenzial.
Jetzt sind Jiang Lan und sein Team an der School of Mechanical and Vehicle Engineering des Beijing Institute of Technology die ersten, die die Form der Femtosekundenlaserbearbeitung auf internationaler Ebene vorhersagten, und die ersten, die ein neues Prinzip der elektronischen Dynamik von Femtosekundenlasern vorstellten Kontrollfertigung, der erste, der das elektronische Niveau der aktiven Laserfertigungssteuerung realisiert, der erste, der den ersten Satz von quasi-dreidimensionalen, ultraschnellen kontinuierlichen Beobachtungssystemen über die Skalen hinweg entwickelt, der erste, der die Beobachtung des elektronischen Niveaus von erreicht Laserfertigung, das erste Unternehmen, das große technische Anwendungen der Femtosekundenlaserfertigung realisiert hat, und das erste Unternehmen, das die Femtosekundenlaserfertigung realisiert hat, das erste Unternehmen, das große technische Anwendungen der Femtosekundenlaserfertigung realisiert hat, und das erste Unternehmen, das groß angelegte industrielle Anwendungen der Femtosekundenlaserfertigung realisiert hat Laserfertigung.
Jiang Lan (dritter von links) leitet Schüler bei der Durchführung von Experimenten zur dynamischen Modulationsverarbeitung von Femtosekundenlaserelektronen.
Seit der Geburt des ersten Rubinlasers der Menschheit im Jahr 1960 haben Wissenschaftler die Leistung von Lasern immer schneller und stärker gemacht. In den 1980er Jahren fanden Forscher heraus, dass das klassische theoretische Modell nicht in der Lage war, die Dauer eines Laserpulses auf ein Billionstel einer Sekunde zu reduzieren, was einer Intensität von mehr als einer Billion Watt im ultraschnellen, ultraintensiven Intervall entspricht Erklären Sie diesen ultraschnellen und ultraintensiven Wechselwirkungsmechanismus zwischen elektromagnetischen Feldern und Materie, der zu einem Engpass geworden ist und die Entwicklung von Femtosekundenlasern einschränkt. Zu Beginn dieses Jahrhunderts stieg Jiang Lan in die Forschung zur Herstellung von Femtosekundenlasern ein.
Als Student hat Jiang Lan ein starkes Interesse an Physik. „‚Relativität‘ und ‚Quantenmechanik‘ sind dann die Richtung meiner Forschung, die durch Laser-Hochenergiestrahlherstellung repräsentiert wird, im Wesentlichen die Wechselwirkung von Energie und Materie, das ist die Richtung, in die ich gehe.“ Ich interessiere mich sehr für die Herstellung hochenergetischer Strahlen, die durch Laser repräsentiert werden, und ist im Wesentlichen die Wechselwirkung zwischen Energie und Materie. Das ist die Richtung, die mich sehr interessiert.“
Ohne Team, ohne Projekt, der sich nur auf einen Forschungszweig des dritten Disziplinarbereichs konzentrierte und sich an die Situation vor mehr als 20 Jahren erinnerte, als er allein im Büro war, war Jiang Lans Mund mit einer Spur von Glück gerötet, erinnerte sich des Lächelns. „Es war eine wundervolle Zeit, alleine und ungestört in die Forschung einzutauchen.“
Sechs Jahre später gelang Jiang Lan ein Durchbruch bei der theoretischen Untersuchung der Herstellung von Femtosekundenlasern. Er schlug ein verbessertes Dual-Temperature-Modell vor, das den Anwendungsbereich der klassischen Dual-Temperature-Gleichung vom Elektronen-Niedertemperaturbereich auf einen beliebigen Elektronentemperaturbereich erweiterte und so die Genauigkeit der Schwellenwertvorhersage für die Femtosekunden-Laserbearbeitung verbesserte. Er entwickelte erstmals ein Plasma-Quantenmodell zur Vorhersage der Form der Femtosekunden-Laserbearbeitung und sagte erfolgreich eine Reihe wichtiger anomaler Effekte voraus, die umfangreiche internationale experimentelle Validierungen und positive Bewertungen erhielten, darunter auch Nobelpreisträger.
Im Jahr 2006 gründete Jiang Lan in Peking das erste inländische wissenschaftliche Forschungsteam zur Herstellung von Femtosekundenlasern und deren Anwendung.
Was zu diesem Zeitpunkt vor der Mannschaft stand, war ein weiteres Hindernis. Die „inhärenten Mängel“ der Femtosekunden-Laserbearbeitung, wie z. B. geringe Effizienz, Genauigkeit unterhalb der Beugungsgrenze und niedriges Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser, sind die Gründe dafür, dass die Femtosekunden-Laserbearbeitung seit mehr als 20 Jahren nicht mehr in der Praxis angewendet wird.
Jiang Lan wandte das von ihm entwickelte Modell an, um zu zeigen, dass es bei der Lösung der oben genannten Probleme darauf ankommt, „ob es möglich ist, die lokale transiente Elektronendynamik zu regulieren“. Gemäß seiner theoretischen Modellvorhersage schlug Jiang Lan vor, dass die Raum-Zeit-Formung mit einem Femtosekundenlaser durch die Laserherstellung lokaler transienter elektronischer Dynamiken der aktiven Steuerung realisiert werden kann und dann die Verarbeitungsergebnisse der technischen Route gesteuert werden kann. Dieser technische Weg erweitert die Grenzmöglichkeiten der Laserfertigung erheblich. Mit der Unterstützung dieses theoretischen Modells verbesserte das Team von Jiang Lan die Effizienz der Femtosekunden-Laserbearbeitung um das 56-fache, die wiederholbare Bearbeitungsgenauigkeit von 1/14 der Wellenlänge und die Grenze des Tiefen-zu-Durchmesser-Verhältnisses von 20:1 auf mehr als 20:1 5000:1.
Später schlug Jiang Lan ein skalenübergreifendes, quasi-3D-ultraschnelles kontinuierliches Beobachtungssystem vor und leitete sein Team dazu. „Über 15 Zeitgrößenordnungen beträgt die Spitzenbildrate des Beobachtungssystems Billionen von Bildern pro Sekunde, um die Modulation der Elektronendynamik des Femtosekundenlasers zu überprüfen und neue Prinzipien herzustellen.“ sagte Jiang Lan.
In der nationalen „13. Fünf-Jahres“-Ausstellung für wissenschaftliche und technologische Innovation wurden die Fertigungsergebnisse des Jiang Lan-Teams für die Femtosekundenlaser-Elektronendynamiksteuerung ausgewählt. 11 Akademiker, die sich aus dem Bewertungsausschuss zusammensetzten, kommentierten: „Die ersten, die die Laserfertigung auf dem Niveau der elektronischen aktiven Steuerung und der Femtosekunden-Laserbearbeitung für Industrialisierung und große technische Anwendungen erreicht haben … haben insgesamt das international führende Niveau erreicht.“
Für einen Laien, der den Forschungsraum für die Femtosekundenlaser-Mikro-Nano-Fertigung betritt, ist es schwierig, die große experimentelle Ausrüstung vor einem sowie die Hunderte von optischen Linsen, die auf der Werkbank aufgereiht sind, mit dem wirklichen Leben in Verbindung zu bringen. Aber die Forscher, die die wissenschaftliche Grundlagenforschung durchbrochen haben, haben die äußerst breiten Anwendungsaussichten erkannt.
Das Schneiden von Mobiltelefonbildschirmen ist eine Schlüsseltechnologie für die Herstellung von Mobiltelefonen. „Der Aufbau eines Handybildschirms ist wie ein mehrschichtiger Kuchen, in den verschiedene Schichten mit Glas, Polymer, Metall, Isolator und Kleber verteilt wurden.“ Jiang Lan sagte: „Das traditionelle Werkzeug kann nichts dagegen tun, es ist der Femtosekundenlaser, der seine Hände zeigt.“ Derzeit hat die von Jiang Lan vorgeschlagene elektronische dynamische Steuerung des Schneidprozesses sowie die große Laserforschung und -entwicklung von Femtosekundenlaser-Herstellungsgeräten einen Weltmarktanteil von 60 %.
Die dreidimensionale komplexe Mikrostrukturbearbeitung von schwer zu verarbeitenden Materialien ist ein Weltklasseproblem im Bereich der hochmodernen Fertigung. Jiang Lan erfand die elektronische Steuerung der dynamischen Anpassung von Löchern, Schneiden, Nivellieren, Gravieren und anderen neuen Technologien und führte sein Team dazu, eine Reihe wichtiger Indikatoren zu entwickeln, die das internationale Niveau neuer Geräte für die 37 nationalen großen wissenschaftlichen und technologischen Projekte deutlich übertrafen Große nationale Ausrüstung, um den Grundstein zu legen.
Jiang Lan sagte: „Eine starke verarbeitende Industrie ist der Grundstein für den Aufbau eines starken Landes, und eine starke verarbeitende Industrie ist der Etablierung des Status eines starken Landes oft 20 Jahre voraus.“
Während des Zeitraums des „12. Fünfjahresplans“ ist die Herstellung von Hochenergiestrahlen zu einer wichtigen Förderrichtung der National Natural Science Foundation of China (NSFC) geworden, und Jiang Lan fungierte als Verantwortlicher für den Bereich Hochenergie Herstellung von Strahlen und Spezialenergiefeldern und leitete seit dem „12. Fünfjahresplan“ die Ausarbeitung einer Reihe von Planungen für den Bereich Hochenergiestrahlen und Spezialenergiefelder im NSFC. Planung.
Während des Zeitraums „13. Fünfjahresplan“ und „14. Fünfjahresplan“ fungierte Herr Jiang Lan als Leiter der Expertengruppe für die Ausarbeitung des Umsetzungsplans des wichtigen Sonderprojekts „Additive Fertigung und Laserfertigung“. des National Key Research and Development Program (NKRDP) sowie Leiter der Expertengruppe und der allgemeinen Expertengruppe für die Erstellung des Leitfadens. Jiang Lan fungierte als Leiter der Expertengruppe für die Erstellung des Umsetzungsplans, der Richtlinien und der Gesamtexpertengruppe des National Key R&D Program „Additive Manufacturing and Laser Manufacturing“. Er investierte viel Zeit in das erste nationale Schlüsselprojekt im Bereich Advanced Manufacturing. Derzeit wurden im Rahmen des Sonderprojekts 112 verwandte Forschungs- und Entwicklungsprojekte umgesetzt, was Chinas additive Fertigung und Laserfertigung in der Spitzengruppe der internationalen Gemeinschaft stark vorangetrieben hat.
Zhang Xueqiang, der seit zwei Jahren am Institut arbeitet, erinnert sich noch daran, wie er Jiang Lans Vortrag an der University of California in Berkeley gehört hat. „Er sprach über den technologischen Fortschritt der Femtosekundenlaserfertigung und auch über die möglichen Anwendungsaussichten der Femtosekundenlaserfertigung.“ Xueqiang Zhang sagte: „Nach dem Vortrag, als wir Ideen austauschten, fragte er mich, ob ich gerne gemeinsam echte wissenschaftliche Forschung betreiben würde, und dieser eine Satz rief mich zurück.“
Studenten im technischen Team von Jiang Lan wissen, dass Herr Jiang gegen die Veröffentlichung von „Wasserartikeln“ ist. Lian Yiling, ein Doktorand, erklärte: „Die von anderen Menschen durchgeführten Experimente, bei denen die Parameter reproduziert und dann angepasst werden; oder die Experimente anderer Menschen, bei denen eine Art Material verändert und dann noch einmal durchgeführt wird, sind ‚Wasserartikel‘.“
Was ist die eigentliche wissenschaftliche Forschung? Jiang Lan sagte: „Entweder machen Sie einen Durchbruch in der akademischen Grenze, um an die Spitze des Himmels zu gelangen und das Feld der menschlichen Erkenntnis zu erweitern, oder Sie erreichen die wichtigsten nationalen Bedürfnisse und das Hauptschlachtfeld der Volkswirtschaft, um die Anwendung zu verwirklichen.“ Boden, um die wichtigsten technischen Probleme zu überwinden.
Strenge Anforderungen haben eine harte wissenschaftliche Forschungsebene hervorgebracht. Jiang Lan hat 33 Doktoranden und Postdoktoranden ausgebildet, von denen 40 % an „doppelt erstklassigen“ Universitäten lehren und 57 % in nationalen wichtigen industriebezogenen Forschungsinstituten arbeiten. Die von ihm betreuten Doktoranden haben sechs Mal den „Shangyin Excellent Mechanical Doctoral Dissertation Award“ der Chinese Mechanical Engineering Society gewonnen, darunter Silber, Bronze, Auszeichnungen für ausgezeichnete und beste Arbeit sowie den Hauptpreis des nationalen Wettbewerbs „Challenge Cup“. usw., und zwei von ihnen wurden als „Marie Curie“- und „Marie Curie“-Forscher der Europäischen Union anerkannt. Zwei von ihnen wurden als „Marie-Curie“-Stipendiaten der Europäischen Union anerkannt. Bisher hat Jiang Lan neun nationale Spitzentalente ausgebildet.
Am Institut für Femtosekundenlaser-Mikro-Nano-Herstellung in Peking gibt es immer noch Durchbrüche im Anwendungsbereich des Femtosekundenlasers. Prof. Li Xiaowei arbeitet an einer Reihe wichtiger Anwendungen der Femtosekundenlaserfertigung. Prof. Jie Hu konzentriert sich auf die medizinisch-industrielle Fusion und die Femtosekundenlasertechnologie kann antibakterielle, gerinnungshemmende und medikamentenhaltige medizinische Geräte für die Behandlung von Knochentumoren bereitstellen. Prof. Li Xin konzentriert sich auf die Anwendung der Verbundwerkstoffverarbeitung in der Luft- und Raumfahrt.
Nach Ansicht von Jiang Lan sollte die Unverwundbarkeit von Femtosekundenlasern auch ein Merkmal eines Teams sein, das echte wissenschaftliche Forschung anstrebt. „Die Grenzen von Wissenschaft und Technologie anzustreben und den Bedürfnissen des Landes zu dienen, das ist die Mission der Zeit für unsere Generation von wissenschaftlichen Forschern und auch das Geheimnis der Durchbrüche, die wir in unserer Arbeit weiterhin erzielen.“ sagte Jiang Lan.
