Jiang Lan, geboren 1972, stammt aus Zigong, Provinz Sichuan. Er ist einer der ersten Lehrstuhlinhaber des Beijing Institute of Technology, beschäftigt sich seit langem mit der Forschung zur Herstellung von Femtosekundenlasern und ist einer der wichtigsten akademischen Leiter auf dem Gebiet der Laserherstellung in China. Er wurde mit dem zweiten Preis des National Natural Science Award und dem He Liang He Li Science and Technology Innovation Award usw. ausgezeichnet. Im Mai 2023 wurde ihm der dritte Nationale Innovationspreis verliehen und im November 2023 wurde er zum Akademiker gewählt der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.
1 Femtosekunde ist ein Billionstel einer Sekunde. Die Energie eines Laserpulses wird auf wenige Femtosekunden komprimiert und mit sehr hoher Geschwindigkeit freigesetzt. Seine Spitzenleistung kann um das Millionen- und Milliardenfache gesteigert werden, wodurch theoretisch jedes feste Material bearbeitet werden kann. Der Femtosekundenlaser, dieses unzerstörbare „superstarke und ultraschnelle Lichtmesser“, hat breite Anwendungsaussichten.
Das Jiang Lan-Team konzentrierte sich seit mehr als 20 Jahren auf die Femtosekunden-Laserfertigungsforschung und erzielte eine Reihe wichtiger Durchbrüche. Er übernahm die Führung bei der Ausarbeitung einer Reihe wichtiger Pläne in Richtung Laserfertigung, um Chinas erste Stufe auf dem Gebiet der internationalen Produktion zu fördern .
Die erste Vorhersage der Form der Femtosekunden-Laserbearbeitung
Wie wird der Femtosekundenlaser bei so kurzer Zeit und hoher Energie genutzt? Obwohl es auf theoretischer Ebene viele Vorteile gibt, bleiben Anwendungen für die Herstellung von Femtosekundenlasern lange Zeit auf der konzeptionellen Ebene.
Wo liegen vom Konzept bis zur Anwendung die Schwierigkeiten bei der Herstellung mit Femtosekundenlasern? Jiang Lan stellte vor, dass es in der klassischen Theorie schwierig sei, die Form der Femtosekundenlaserverarbeitung vorherzusagen, und dass der Verarbeitungsmechanismus ebenfalls schwer zu beschreiben sei. Dies sei das Dilemma des Teams, das mehr als 20 Jahre lang geforscht habe, um dieses Dilemma zu untersuchen.
„Um den Femtosekundenlaser-Verarbeitungsmechanismus vollständig zu verstehen, muss die ‚Black Box‘ zwischen Femtosekundenlaser und Materialwechselwirkung geöffnet werden.“ sagte Jiang Lan.
Bei der Femtosekunden-Laserbearbeitung ändern sich die lokalen Übergangseigenschaften des Materials drastisch. Um diese Änderung zu untersuchen, haben Jiang Lan und sein Team erstmals ein Plasma-Quantenmodell erstellt, um die Form der Femtosekunden-Laserbearbeitung vorherzusagen, und haben dies erfolgreich vorhergesagt eine Reihe wichtiger anomaler Effekte. Anfangs war die akademische Gemeinschaft skeptisch, doch als die wichtigsten Annahmen und Vorhersagen des von Jiang Lan vorgeschlagenen Modells weltweit umfassend bestätigt wurden, erlangten die Forschungsergebnisse nach und nach Anerkennung.
Nach der Verifizierung des Modells sind noch intuitive Beobachtungen erforderlich, um die Ergebnisse zu untermauern, also den Prozess der Femtosekundenlaser-Herstellung zu „filmen“. Da die herkömmliche Beobachtungstechnologie eine einzige Perspektive hat und immer noch eine zweidimensionale Bildgebung ist, können die mehrdimensionalen Informationen, die am Prozess der Femtosekundenlaserverarbeitung beteiligt sind, nicht erfasst werden. Jiang Lan leitete das Team bei der Entwicklung eines skalenübergreifenden quasi-dreidimensionalen ultraschnellen kontinuierlichen Kamerasystems, das erstmals eine Panoramabeobachtung über 15 Zeitskalen im Prozess der Femtosekunden-Laser-Material-Wechselwirkung realisierte.
Mit einer Reihe origineller Ergebnisse hat sich Jiang Lan zu einem führenden Unternehmen auf dem Gebiet der Femtosekundenlaser-Fertigungsforschung entwickelt. Tatsächlich begann Jiang Lan während seiner Postdoktorandenzeit mit der Forschung zur Herstellung von Femtosekundenlasern. Zu dieser Zeit gab es keine Femtosekundenlaserausrüstung, keine Projektfinanzierung und kein Labor. Jiang Lan verließ sich nur auf einen Computer und begann eine schwierige Erkundung.
Die Femtosekundenlaserfertigung umfasst mehrere Disziplinen wie Mechanik, Physik, Optik, Materialien, Chemie usw. In den unbekannten Bereichen erzielte Jiang Lan Durchbrüche in vielen anderen Disziplinen als der Mechanik durch Selbststudium oder die Beratung relevanter Experten, was auch den Grundstein dafür legte die nächste Recherche.
Die Eigenschaften von Femtosekundenlasern führen zu einer geringen Bearbeitungseffizienz, einem geringen Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser und einer Bearbeitungsgenauigkeit, die schlechter als die Beugungsgrenze ist. Eine weitere Hürde, die es zu überwinden gilt, besteht darin, einen Weg zu finden, den Herstellungsprozess von Femtosekundenlasern zu regulieren.
Basierend auf seiner Modellvorhersage entwickelte Jiang Lan ein neues Prinzip und eine neue Methode zur Herstellung elektronischer dynamischer Steuerungen und verwirklichte so die Kontrolle der Verarbeitungsergebnisse.
Jiang Lan führte das Team zur Überprüfung während des Abtastens und schließlich wurde auf der Grundlage des neuen Prinzips der elektronischen dynamischen Regulierung die Verarbeitungseffizienz um das 56-fache und das Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser um das 260-fache erhöht, sodass die wiederholbare Verarbeitungsgenauigkeit bis zu 1/14 der Wellenlänge und so weiter.
„Eine fortschrittlichere Verarbeitungstechnologie kann keine gute Anwendungsentwicklung erreichen, wenn sie nur auf dem Papier bleibt.“ sagte Jiang Lan.
Basierend auf den neuen Prinzipien und Methoden der elektronischen dynamischen Regulierung führte Jiang Lan das Team dazu, eine Reihe von Engpässen bei der Herstellung dreidimensionaler komplexer Mikrofertigung schwer zu bearbeitender Materialien nacheinander zu durchbrechen und neue Technologien wie die Elektronik zu erfinden dynamische Regulierung von Kontrolllöchern, Schneiden, Nivellieren und Gravieren, entwickelte eine Reihe neuer Geräte und übernahm die Führung bei der Realisierung der wichtigsten technischen Anwendungen der Femtosekundenlaserherstellung und großtechnischer industrieller Anwendungen.
„Das bekannte Vollbild-Schneiden von Mobiltelefonen und andere Technologien gehören ebenfalls zu den Technologien, auf die wir uns konzentrieren.“ Jiang Lan führte die Anwendung der elektronischen dynamischen Modulation bei der Herstellung neuer Prinzipien und neuer Technologien ein. Das Team und das Unternehmen entwickelten gemeinsam eine Femtosekundenlaser-elektronische dynamische Modulation zum Schneiden / Lochen neuer Geräte, deren Leistung insgesamt auf internationaler Ebene führend ist.
Obwohl der Technologiepfad klar ist, müssen von der Labortechnik bis zur industriellen Anwendung die Kosten, die Praktikabilität und andere Einschränkungen berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck überprüft das Team von Jiang Lan zusammen mit Partnerunternehmen immer wieder den Prozess und passt die Parameter an. „Oft im Labor eingeweicht, manchmal um eine bestimmte Leistung zu perfektionieren, vor und nach einem ganzen Jahr voller Arbeit.“ Hu Jie, ein Teammitglied von Jiang Lan, Professor am Beijing Institute of Technology, erinnerte sich.
Wir befassen uns mit der hochwertigen Verarbeitung von Verbundwerkstoffen, bereiten neue Materialien und neue Geräte vor und entwickeln hochpräzise Fertigungsanlagen … Heutzutage erschließt das Team von Jiang Lan mit seiner hochwertigen und originellen Arbeit weiterhin die Anwendungsszenarien der Laserfertigung. „Wissenschaftliche Forschung, wir müssen wirklich wertvolle Arbeit leisten, erstklassige wissenschaftliche Forschung betreiben und dürfen keine grünen Früchte pflücken.“ Jiang Lans Anforderungen an die Lehrer und Schüler des Teams sind Teil der Teamkultur geworden.
Vor Jahren war die Laserfertigung nur ein tertiärer Zweig des Maschinenbaus ohne systematische Unterstützung durch angrenzende Abteilungen. Es gab nur wenige Forscher, wenig Forschungsgelder, einen kleinen industriellen Maßstab, und die Lücke im Vergleich zum fortgeschrittenen Niveau der Welt war offensichtlich.
Jiang Lan erkannte, dass es nicht funktionieren wird, den Rückstand aufzuholen, wenn man sich nur auf ein oder zwei Teams verlässt. „Um die Disziplin größer und stärker zu machen, müssen wir die wissenschaftliche Forschungsgemeinschaft und die Industrie vereinen und zusammenarbeiten.“
Im Jahr 2008 hat die National Natural Science Foundation of China den Bereich Hochenergiestrahlen und die Herstellung spezieller Energiefelder als vorrangige Unterstützungsrichtung aufgeführt. Die Laserherstellung ist ein wichtiger Aspekt davon und Jiang Lan ist die Person, die für diesen Bereich verantwortlich ist . Unter der Leitung ehemaliger Wissenschaftler hat Jiang Lan innerhalb von 12 Jahren das Schreiben von zwei Teilen der Planung des Hochenergiestrahl- und Spezialenergiefeldbereichs des Fondsausschusses geleitet und im Bereich der Laserherstellung bestimmte Ergebnisse erzielt theoretische Ergebnisse.
Jiang Lan leitete die Expertengruppe dazu, viel Zeit und Energie zu investieren, um die Lücken in der Industriekette zu schließen und den Entwicklungsplan für die Branche vorzubereiten, um so die nationalen oder ministeriellen Wissenschafts- und Technologieprogramme im Bereich Laser zu fördern Herstellung. Er übernahm die Federführung bei der Ausarbeitung von 12 nationalen mittel- und langfristigen wissenschaftlichen und technologischen Entwicklungsplänen für die Laserfertigung und andere Richtungen sowie von fünfjährigen ministeriellen Wissenschafts- und Technologieplänen des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie und der Stiftungskommission.
Darunter das „13. Fünfjahresplan“ des nationalen Schlüsselforschungs- und Entwicklungsprogramms „Additive Fertigung und Laserfertigung“, dessen Projektbegründung zweieinhalb Jahre dauerte. „Damals arbeite und diskutiere ich gemeinsam mit den Expertengruppenmitgliedern oft bis in die frühen Morgenstunden.“ Jiang Lan erinnert sich.
Mehr als 30 thematische Diskussionen, Forschungsbesuche bei mehr als 70 Unternehmen, das Verfassen von Argumentationsmaterialien in Millionen von Wörtern … Jiang Lan und die Expertengruppe geben ihr Bestes. Danach wird der Sonderzugang zur fortlaufenden Unterstützung des „14. Fünfjahresplans“ zum einzigen Herstellungsbereich, der „ein langes Brett“ nationaler Schlüsselspezialitäten baut.
Hunderte von wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen, Tausende von Unternehmen, die sich mit der Forschung im Zusammenhang mit der Laserfertigung beschäftigen, wir haben unterschiedliche Fachkenntnisse und Interessen. Wie bringt man alle zusammen? „Jiang Lan hat immer im Land gestanden, die Entwicklungsposition der Branche bei der Vorbereitung des Plans eingenommen und die Anerkennung aller gewonnen.“ Das sagte ein Branchenexperte.
„Im Zeitalter der großen Wissenschaft kann die Entwicklung der Technologie nicht auf Alleingang erfolgen.“ Jiang Lan sagte, dass es im Bereich der Laserherstellung noch viele Probleme zu lösen gebe. Das Team werde sich auf die „Vier orientieren“, mit der Industrie, der Wissenschaft und der Forschung der Angriffskräfte vereinen und sich bemühen, gebührende Beiträge zu leisten zum Herstellungsland, zur Bildung sowie zu Wissenschaft und Technologie.
