（一） X 射线光学薄膜器件：破解 “卡脖子” 难题
Q1：您团队研发的高反射率大尺寸 X 射线光学薄膜器件，突破了原子级界面缺陷抑制的关键技术，您用 “微观砌墙” 比喻这一过程（600-1200 层纳米膜，每层仅 1 纳米），能否具体分享研发中最棘手的技术瓶颈？最终是如何找到 “原子固定”“隔层封闭” 等创新解决方案的？
A1：X射线薄膜器件是我2001年来同济大学后最早开展的工作。它的研制中最棘手的问题是如何在原子尺度实现薄膜界面缺陷的观测和调控。你可以想象1 nm的膜层界面缺陷的宽度只有几个原子层，即使用透射电子显微镜也不容易分辨界面处的原子扩散化合，而且还是破坏性的。我们最后发现用接近工作波长的X射线表征是精度最高的。我们发展了X射线荧光驻波场和多波长共振反射重建的方法，实现了对X射线薄膜单界面和多界面的精确无损检测，驻波场的深度分辨可达到0.1 nm，并能提供原子的成分和价态信息。这些方法帮我们认识到薄膜界面处化合反应驱动和晶界扩散驱动等导致界面混合的不同机制。我们才相应的想到不同的调控方法，比如Pd/Y多层膜的两种材料化合反应严重，我们发展了反应溅射镀膜实现“原子固定”的方法，在惰性溅射气体里加入少量的氮气，利用生成的微量氮合物钝化原子界面，抑制了Pd和Y的反应和混合。这些精准的调控方法都是建立在对机理的深刻认识上才找到的。
Q2：该成果获 2024 年上海市技术发明奖一等奖，且已应用于上海光源、空间太阳观测等国家大科学装置，国产器件反射率达到国际领先水平，成本仅为国外一半。这一突破对我国高端光学检测设备国产化、摆脱进口依赖有怎样的实际意义？
A2: 我们研制的X射线薄膜器件在同步辐射/自由电子激光、空间望远镜、可控聚变这类大型科学装置和集成电路产业、实验室分析仪器等领域都已经有广泛的应用，部分薄膜器件成功应用于国际同步辐射装置，比如我们研制的新型多层膜光栅应用于德国和英国光源，将韧X射线单色器的光子通量提高了100倍。我觉得这对我国高端光学仪器的发展有两层意义：一是打破技术垄断，比如我们为上海光源线站工程研制的高效率多层膜反射镜，成功应用于多条线站单色器。将线站X射线光子通量相比传统晶体单色器提高了近2个数量级，推动实现了我国首次毫秒级时间分辨的超小角散射表征。工作在液氮低温冷却下的这种多层膜器件国外只有一家单位能供货，实现自主研发后，这些线站的建设和升级都不需要再从国外采购了，我们能把这些高端的检测技术真正掌握在自己手中。二是降低产业成本，加速国产设备研发进程。我们研制的薄膜单色和准直器件已经销售应用于国产X射线荧光谱仪和衍射仪，不仅器件价格大幅低于进口产品，供货周期也从国外产品的1年缩短为半年。这既可以降低国产设备的研发成本和整机价格，也能加快国产设备的出货时间和技术更新换代的速度，为高端光学检测设备的国产化和实现新一代技术的突破创新提供重要支撑和核心能力。
图1：X射线薄膜器件应用和2024年上海市技术发明一等奖证书
Q3：团队为SATech-01卫星研制的46.5纳米极紫外太阳成像系统，获得了人类近半个世纪来首个该波段完整太阳图像，收录于国际虚拟太阳天文台。在空间级光学器件的研发中，如何平衡 “高精度” 与 “抗空间环境干扰” 的双重要求？在轨观测成功时的心情是怎样的？
A3：极紫外太阳成像仪（Solar Upper Transition Region Imager, SUTRI）是我们作为光机总体单位联合研制的首台在轨运行的46.5 nm波长高分辨空间望远镜。这套载荷的核心部件也是基于多层膜的反射成像系统。作为空间级薄膜光学器件，一方面需要保持和地面器件一样的结构精度，膜层厚度误差要控制到0.1nm以下；另一方面需要考虑载荷发射和在轨运行过程中面临的振动冲击、空间辐照、污染等一系列问题。比如有的多层膜材料结构它的机械性能较差，面对振动冲击容易产生碎裂，在控制镀膜精度的同时还需要研究优化薄膜材料的应力、杨氏模量等机械特性，保证器件能承受住火箭发射过程中的各种冲击振动的影响。空间粒子辐照是薄膜器件面对的另一个挑战，我们深入研究了不同能量质子、电子、原子氧对薄膜结构和性能的影响机制，采用了光学和辐照性能都最优的材料结构完成器件的制作。有了这些“高精度”和“抗空间环境干扰” 双重技术的保障，我们才有信心确保载荷发射运行的成功。
SUTRI载荷于2022年7月27日发射升空，等到9月初得到第一幅46.5 nm太阳图像时，那时的心情是无法形容的。SUTRI的在轨运行实现了我国首次太阳过渡区观测，也产生了大量的天文观测成果，这是对我们所有的努力最好的肯定。
图2：46.5nm极紫外太阳成像仪发射和在轨观测图像
Q1：您提出 “全流程定量化” 激光薄膜制作新理念，建立了从基板加工到后处理的完整平台，相关技术获国家技术发明奖二等奖、中国专利金奖。这一理念的核心创新点是什么？如何解决激光薄膜 “高损伤阈值” 这一行业共性难题？
A1：我是在有了X射线薄膜的研究基础后，也是在国家需求的牵引下开始激光薄膜的研究。我认为“全流程定量化”激光薄膜制作理念的核心还是对激光薄膜损伤这个科学问题的深刻认识。我想这与我本身有研究所和大学的两种研究经历有关，就是对一个问题的工程化技术需求和它背后的物理机制要有双重的理解，不论是对X射线薄膜，还是激光薄膜。基于这个思路，为了掌握激光薄膜损伤的量化规律，我们提出利用性质可控的人工缺陷来模拟实际情况，开展定量化的损伤研究，从而明确了影响损伤阈值的单因素规律，发现了电场增强是影响损伤阈值的首要原因。以此为指导，我们发展了全流程定量化的缺陷控制技术，包括抑制局域电场增强的薄膜设计方法，消除电场强点的纳米复合新材料，以及一系列的基板抛光刻蚀技术等，从设计、材料、各项工艺环节进行全方位的控制和优化，才最终解决了高损伤阈值这个难题。
图3：激光薄膜器件全流程定量化制作获2019年国家技术发明奖二等奖
Q2：团队研发的四通道、八通道软X射线 KB 显微成像系统已成功应用，在极紫外与软X射线偏振测量领域也取得重要进展。这些技术在基础科研和国家重大工程等场景中具体发挥了怎样的作用？是否有让您印象深刻的应用案例？
A2：极紫外与软X射线偏振测量是同步辐射磁圆二色、磁学成像、自旋分辨电子谱学等众多技术的基础，需要高效率的偏振器件。常规的周期多层膜只能实现窄带宽的偏振调控，实际应用困难。我们创新研制了非周期多层膜的宽带偏振器件，首次实现了同步辐射光束线的宽带全偏振检测，并先后应用在北京同步辐射、德国BESSY-II和英国Diamond同步辐射光源，非周期多层膜宽带偏振分析的方法也被收录于美国光学学会出版的第三版《光学手册》。
X射线多通道显微成像是我们以多层膜器件为基础，为可控聚变等强场物理观测发展的系列精密诊断技术，是我们从核心薄膜器件走向薄膜光学系统的一个代表性成果。高能量密度物理的诊断需要同时获得等离子体的空间、时间和谱学多维度信息。为此，我们将薄膜分光元件和多通道K-B复合成像结构相结合，提出了X射线时空谱多维显微成像系统的新构型。为了解决软X射线系统无法在大气环境下集成装调的难题，我们创新了基于硬X射线和软X射线双能点薄膜器件的精密装调方法，实现了X射线多通道成像系统从实验室到复杂场景下的快速、精准应用。这套技术从大型激光装置推广应用到托卡马克磁约束聚变，去年在“人造太阳”EAST装置上也取得了很好的效果。
Q3：现代光学制造的精度越来越高，例如您为上海光源线站制作的 X射线多层膜反射镜，等效膜厚的均匀性误差达到几十皮米。您也将人工智能技术用于薄膜质量测量与控制。AI与传统光学制造的结合，是未来技术升级的重要方向吗？目前还面临哪些融合挑战？
A3： 随着光学制造精度推进到亚纳米/原子级水平，镀膜抛光中的微小扰动都会导致明显的误差累积，传统的物理模型难以准确描述这种复杂非线性影响，人工智能技术在这里应该有很大的应用潜力。目前有很多将人工智能应用于薄膜设计和薄膜结构性能测量反演的研究，包括我们的工作。我觉得这个领域才刚开始发展，还有很多挑战，AI的方法和传统方法相比在哪些具体的应用场景能有明显的优势，学习算法和物理模型两者如何结合？如何利用有限的实验数据来训练AI的模型，这都还需要探索。
Q1：您主持过国家科技重大专项、973课题、重点研发计划等多个国家级项目，还参与编制了多项光学薄膜国家标准。在推动学科标准化、规范化发展的过程中，您认为我国光学领域目前最需要补齐的 “短板” 是什么？
A1: 精密光学领域的标准化和规范化是从“实验室验证”走向“工程化量产”的重要环节，在集成电路光学制造、大型望远镜等研制中都不可或缺。我觉得我们现在还比较缺的一个是在超精密的光学计量方法与检测仪器上，这些高端设备与核心技术我们仍存在不少进口依赖的问题，如果“尺子”都是别人的，我们就很难掌握标准的制定权与话语权。另一个可能是缺乏贯穿全生命周期的工艺规范和质量控制体系，导致基础研究与工业界的大规模应用之间存在脱节。这还需要大家共同的努力，协同创新。
Q2：您曾在英国伦敦国王学院、德国夫朗和费应用光学研究所开展合作研究，国际学术交流对您的科研思路有怎样的启发？当前全球光学领域的研究热点与竞争格局如何？我国学者应如何在国际舞台上提升话语权？
A2：我觉得现在中国光学领域的水平和我二十年前在伦敦国王学院时已有了巨大的进步，形势和条件都不一样了，我们在国际上的声誉也在不断提升。但我们现在的研究还是以跟随性的研究为主，缺少原创性颠覆性的研究。所以想提升话语权，首先还是要鼓励原创性的研究，能够做出颠覆性、引领性的成果才会有话语权。从操作上来说，这可能需要一定程度减少对短周期研究的量化考核指标，鼓励一部分人在最前沿进行探索，也在一定程度上允许失败，当然前提是你要能说清楚这项技术失败的原因。另外，最前沿的研究还是非常需要国际交流，要选好一个前沿有价值的问题，找到国际上最好的合作伙伴。Light期刊在这方面做了很好的工作，为光学前沿的研究提供了一个顶尖的传播和分享的平台。另一方面，在一些高精度的工程技术领域，这里的竞争可能更激烈些，有一些壁垒，比如现在集成电路的领域，或空天观测领域等。但也还是要尽量寻找合作的空间，保持开放合作的心态。我们一直在主办亚洲光学薄膜领域最高水平的国际会议 – “光学薄膜前沿”（The International Conference on Frontiers of Optical Coatings, FOC），2023年举办了第五届，利用这个平台开展更广泛的国际交流与合作。
图4：2023年王占山老师组织的第五届光学薄膜前沿国际会议
Q1：您本科毕业于南开大学物理专业，硕士和博士阶段在中科院长春光机所深耕光学领域，这段经历对您后续聚焦X射线光学、激光薄膜等研究方向有怎样的启蒙？当时为何坚定选择光学作为毕生研究的赛道？
A1：我觉得大学里的教育对人思想的开放是很有帮助的。有很多不同的专业，除了数理化生，还有中文、经济、管理，帮我开拓了视野。我在南开读书的时候，也是南开现代光学研究所成立的时候，是我最早接受到光学研究熏陶的地方。本科毕业后，我想选择离家比较近的地方继续学习，长春光机所可以说是我们国家“光学的摇篮”，自然也成为我当时理想的单位。我在长光所的导师是陈星旦先生，他在我国核爆光辐射的测量领域做出了开创性的工作，后来也主持开展了我国X射线等短波光学的元件和系统研究。陈先生那一代人的科研态度和不计个人得失的精神对我影响很大，也是让我选择光学为以后方向的重要原因。
Q2：从长春光机所的实习研究员到同济大学教授、先进技术研究院院长，数十年学术生涯中，哪个阶段或哪件事让您最有成就感？支撑您持续深耕光学研究的核心动力是什么？
A2：我是2001年到同济工作，到现在已经第25年了。我记得最早来同济时我的办公室和实验室在四平路校区的老电信楼，那时候我算是白手起家，设备条件都从头开始建。25年间我们团队的实验室搬迁了4次，今年我们一部分老师还要做第5次搬迁，我们团队现在有老师45人，研究生247人，科研设备的固定资产超过3个亿，为国家在X射线薄膜、强激光薄膜器件和系统技术方面做出了一些贡献。我想这25年的发展和取得的成果是我最有成就感的事。
支撑我和团队这25年不断的发展和进步的动力我想是对光学这项事业的忠诚，做一行爱一行。我记得同济的老校长提过一个问题：卓越和追求卓越有什么区别？ 我想：卓越是对你已经取得成绩的一个评价，而追求卓越是一场持续的进化，是一种永远向前的心态。
图5：2001年王占山老师加入同济物理系工作
图6：2026年初王占山老师团队合影
Q1：面向国家重大战略需求，您认为未来5-10年，X射线光学、激光薄膜等领域的核心发展方向是什么？哪些技术瓶颈仍需重点突破？
A1：X射线光学与激光领域不同，这是一个相对小而专的领域。我个人觉得从发展角度来看，超高亮度和高相干的同步辐射、自由电子激光代表着最高性能的X射线光源，也是和材料、生命、能源等多学科前沿应用联系最紧密的地方，所以这类大科学装置仍会是推动前沿X射线光学技术发展和创新的重要驱动力和策源地。当然，像聚变、高能宇宙观测这类极端条件下的应用也会催生出新的技术。需要更高精度、且具有抗辐照损伤等性能的X射线元器件，来支撑原子级空间分辨、超快时间分辨等新一代观测技术的发展。X射线光学技术在集成电路等高技术产业的应用也是近年来新兴的重要方向。
在激光薄膜领域，极致的性能仍然是发展方向，超低吸收、超低散射的薄膜在激光装备、精密测量领域仍然是不断追求的目标。像深紫外激光薄膜的长时间性能稳定性也是DUV这类光刻系统稳定运行的关键，在集成电路高端装备中有重要的需求。超表面等微纳结构和薄膜的结合是前沿发展的方向之一，能够显著提升薄膜器件对光场信息的调控维度和传输能力，这里涉及到微纳薄膜器件的设计模型、跨尺度制造和融合多维调控的计算感知方法都会是未来的研究热点。人工智能等新一代技术也会和薄膜器件相融合，在设计、制备、表征全链条提升激光薄膜研制的智能化水平。
Q2：作为从长春光机所走出的优秀学者，如今与 Light 期刊结缘，您对这本期刊的发展有怎样的期待？对光学领域的青年学者和学生，有哪些科研或职业选择上的建议？
A2：Light从影响因子上来说已经成为国际光学领域的顶刊，期待它做的越来越好，继续扩大影响力，成为定义全球光学前沿的“风向标”。
对青年的学者和同学们，我个人的建议是觉得大家最好有高的目标，有追求卓越的心态。当然现实中有很多的约束和评价，但我始终觉得个人的定位和目标是影响一生发展的关键，这是大家在做选择时要多考虑的。关于职业选择我个人觉得有时候“忠诚”比“兴趣”可能更重要。
Q3：您始终强调 “科研要紧密结合国家需求”，在数十年科研生涯中，是否有过坚持不下去的时刻？是什么信念支撑您一路攻坚克难？如果用一句话总结您的学术理念，会是什么？
A3：我们刚进入激光薄膜领域时，第一台电子束镀膜机是借钱买的，分五年还给对方公司。那时我的学生问我，老师这个我们能做出来吗，钱能还上吗？我还是坚定的觉得我们没问题。因为第一我们的理念是建立在系统工程基础上的，第二只要我们把科学规律认识清，一定能做出来。问题一定会有，就是要逢山开路、遇水搭桥。
我给我们同济精密光学工程技术研究所（IPOE）写过一个研究所文化，这也代表我的学术理念，就是八个字：忠诚、极致、协同、革新。
