颠覆性技术概念的战略内涵及政策启示

颠覆性技术概念自提出以来得到广泛应用,研究视角不同尚未有统一定义。由于颠覆性技术具有定义时代重构格局的变革性效果,日益上升为国家战略关口地带,国家视角下认识颠覆性技术对于发展颠覆性技术具有现实指导意义;本文在探讨不同视角颠覆性技术概念思想上,指出国家视角的颠覆性技术是基于科学技术的新原理、新组合和新应用而开辟的全新技术轨道,导致传统产业归零或价值网络重组,并决定性影响社会技术体系升级跃迁,或国家现有基础、能力、结构等重构的战略性创新技术;同时,从来源、结构、跨度、尺度、层次与路径等角度分析提出了颠覆性技术的一种解构框架;在此基础上从注重前沿与实用相结合、注重过程性、注重现实与未来平衡、注重创新管理模式、注重战略研究五个方面,对于从国家视角发展颠覆性技术获得了若干政策启示。

DARPA的颠覆性技术创新及其启示

作为开展颠覆性技术创新的典范,美国国防高级研究计划局(DARPA)被越来越多的国家、政府部门和大型企业所追随,其争相参照DARPA模式开展颠覆性技术创新。但是,至今鲜有能与DARPA相匹配的成就,对于如何才能再建一个辉煌的DARPA还没有共识。从最近十几年各类主体模仿DARPA的实践经验来看,DARPA显性化的组织结构和运行机制是DARPA成功的基础,但不是精髓。本文从演化论的角度,分析了DARPA成长的历史过程,从成长环境、竞争态势、利益格局、价值追求等方面探讨了DARPA成功的原因。笔者认为DARPA的成功是与发展环境长期磨合、斗争的结果,坚定的信仰与初心、极低的本位主义、拆掉各种思想和利益之墙的格局、前瞻的战略视野是DARPA成功的重要支柱。通过DARPA的经验,本文认为要加快颠覆性技术的发展需要特殊的管理方式——"体外"特区。

高功率直接液冷固体薄片激光器的设计与实验

设计了一种新型高功率直接液冷固体薄片激光器,由数十至数百片透射薄片密集堆叠构成分布式增益系统,使特种激光冷却液在增益介质间的平板微流道内流动以实现薄片直接冷却,有效解决了传统高功率固体激光器中增益介质焊接于热沉引入的热致应力、焊接面变形等问题。对该激光器的腔内损耗、腔内像差等参数进行了优化设计。分析了影响光-光转换效率的关键因素,根据像差特点给出了光束质量控制方法。将20片薄片以特别角度密集堆叠构成增益模块,利用两个增益模块在稳腔和非稳腔中均实现了功率大于9kW的准连续波(QCW)偏振激光输出,且这一实验室光源的体积小于0.4m3。

非稳腔Nd:YAG薄片激光器腔内离焦的影响和补偿

基于腔内振荡激光波前曲率半径自再现条件，研究了腔内元件离焦对非稳腔腔内振荡激光参数的影响。在4片薄片串接的放大率为1.8的虚共焦非稳腔中，根据实验测量不同抽运功率下薄片的离焦量，当单个薄片具有焦距为-100 m 离焦时，激光-增益区交叠效率会降低9%，腔放大率升高至2.3，并因腔内激光尺寸与薄片有效孔径失配新增30%的腔内损耗，这些影响均会导致激光光光效率的降低。对比了几种离焦补偿方法，发现腔内插入变焦透射元件可以在大动态范围内实现较好的补偿效果。实验中，在腔内插入特别设计的光焦度可在- 0.016 m-1 到0.060 m-1调节的变焦透镜组，在4840 W 抽运条件下，离焦补偿后输出激光功率可以提升2.33倍，并且通过检测单程探测光束的波面特性，对激光器动态补偿，实现了1~100 Hz重复频率下单脉冲能量10 J激光输出。

10J级二极管抽运非稳腔薄片激光器

利用ABCD传输矩阵对多片串接正支非稳腔进行分析,给出了谐振腔最优参数,并利用谐振腔自再现条件计算不同薄片上的振荡光束尺寸,根据理想谐振腔阈值条件,得到谐振腔的输出能量。针对上述分析进行了实验验证,在非稳腔放大率为2.0、重复频率为25Hz、脉宽为250μs的条件下,输出单脉冲能量为10.52J,斜效率为22.75%,实验结果与理论设计基本吻合。

千瓦级浸入式直接液冷Nd:YAG多薄片激光谐振腔

介绍了一种工作在准连续状态下的直接液体冷却的侧面抽运Nd:YAG多薄片激光谐振腔,装置中选用20片Nd:YAG薄片作为增益介质,由激光二极管阵列在其侧面进行抽运,流动的硅氧烷溶液作为冷却液在其端面进行冷却,振荡激光以布儒斯特角穿过多层薄片和冷却液实现增益。设计了层流冷却流场并通过数值模拟验证了其对来流不均匀性的耗散能力。根据之前报道的层流冷却能力测量实验建立数值模型,模拟了流场的冷却效果,实验结果证明了模型的置信性,进而基于模型对激光器中薄片的热安全性进行了评估。在抽运能量为49.9J时,获得了15.7J的最大脉冲能量输出,对应光-光效率和斜率效率分别为31.4%和39.2%;在抽运脉宽为250μs,重复频率为100Hz,平均抽运功率为5kW时,获得了1440 W的平均输出功率。

无源非稳腔内非共轭像差补偿研究

在具有腔内像差的虚共焦非稳腔内,因为振荡光束以不同光束尺寸通过腔内像差元件且像差元件对光束偏折,直接反向补偿和基于几何光学计算补偿后难以获得较好的补偿效果。提出了一种以导入腔内的准直光束作为参考,基于松弛迭代逼近补偿策略的腔内非共轭补偿方法,并计算验证了其可行性。从实验上对比了以单程和以往返测量光为参考的腔内补偿效果,发现以单程测量为参考的补偿不能使耦合输出光束质量明显提升。在往返补偿中,对4~6阶均方根误差为0.3~0.4μm的随机像差7~9次迭代可以实现收敛,补偿后往返探测光残差小于0.1μm,同时导引光在腔内多次振荡后从输出镜耦合输出的环形光束的β值由11.2降低至2.6。通过分析对比往返探测光束与腔内振荡激光的区别和关系,判断这种补偿方式可以对具有一定腔内像差的有源腔的振荡激光光束质量有效提升。