激光是人类最伟大的发明之一 ， 但由于激光波长在可见波段 ， 其应用受到局限 。 多年来 ， 科学家们有一个梦想 ， 希望激光波长可以深入X射线波段 。 “如果在2.2纳米-4.4纳米（水窗波段）实现X射线激光 ， 就有可能对生命过程做出深入解析 ， 解开生命之谜 。 ”
1989年到1995年 ， 张杰所在团队不断产生更短波长的X射线激光 ， 1993年到1995年 ， 团队保持着世界上最短波长的饱和X射线激光纪录——5.8纳米 ， 做到了“水窗”的边缘 。 “后来我们意识到 ， 当时的生命科学还没有达到运用‘水窗’X射线激光解开生命之谜的阶段 ， 所以团队将研究方面转向快点火激光聚变领域 。 ”张杰说 。
1998年 ， 在时任国家自然科学基金委主任张存浩的感召下 ， 张杰回到祖国 ， 回到中科院物理研究所 ， 组建起自己的研究团队 。 他回忆说 ， 彼时 ， 我国科研条件相对落后 ， 科研经费申请的周期很长 。 求贤若渴的张存浩和几位副主任商议 ， 动用了主任基金 ， 为张杰凑了100万元科研启动经费 。
“当时为了节约研究经费 ， 我们经常去物理所的废品仓库 ， 找大家淘汰退库的仪器设备 。 ”张杰说 ， 当时他在库房中找到了一个镀膜机 ， 并用它做成了真空靶室 ， 用于实验 。
张杰没有辜负“伯乐”的期待 ， 回国不久后 ， 他的团队就研制出国内第一台太瓦级（万亿瓦级）飞秒激光装置——“极光一号” ， 此后的不少实验正是用这台激光器做出来的 。
物理学家与未来能源
此次未来科学大奖的颁奖词中提到 ， 物质科学奖奖励张杰通过调控强激光与物质相互作用 ， 产生精确可控的超短脉冲快电子束 ， 并将其应用于实现激光核聚变的快点火研究 。 “物理学家有责任解决人类社会面临的最具有挑战的问题 。 ”张杰如此“解读”他的研究项目 。
随着全球变暖 ， 找到可以替代化石能源的未来能源迫在眉睫 。 聚变能 ， 就是未来的清洁、高效、安全的终极能源之一 。 聚变能是氢的两个同位素——氘和氚发生融合反应所释放出的巨大能量 。 海水中蕴藏着大约40万亿吨氘 ， 一升水能够提炼0.03克的氘 ， 其发生聚变反应释放的能量相当于燃烧300升汽油 。 1立方公里海水中的氘氚聚变反应所释放出的能量 ， 就相当于全球石油储量燃烧的能量 。 因此 ， 聚变能原料几乎取之不尽 ， 用之不竭 。
目前 ， 对受控核聚变的研究主要分为两类 ， 其中之一就是惯性约束核聚变（激光核聚变） ， 其利用高能量、高强度的激光对聚变材料 ， 如氘、氚进行加热 ， 实现可控的核聚变用以获得巨大的能量 。
“激光核聚变快点火方案中有一个非常重要的物理过程 ， 需要使用超短脉冲的高能电子束携带能量到高密度等离子体中实现点火 。 ”早在1997年 ， 张杰就提出了双锥对撞点火的新型激光聚变方案雏形 。 “快速点火方案将燃料点火与压缩分开 ， 使这两个过程可以独立优化 ， 同时避免不稳定性 。 从理论上说 ， 这个方案有优越性 ， 但真正通过实验证实这个方案是非常难的 。 ”张杰说 ， 过去20年间 ， 他和团队为此做了很多预备性的实验和理论研究 。
真正的大能量验证实验始于2018年 。 在我国自主研制的大型激光装置——神光二号升级激光装置上 ， 2018年至今 ， 张杰团队已经做了6轮验证实验 ， 通过1万焦耳激光实验证实了该方案中分解物理过程的可行性 。 “有些实验结果甚至比我们最开始的理论设想还要好 。 ”张杰说 。
“杰哥”校长
中国科学院院士、德国科学院院士、第三世界科学院院士、英国皇家工程院外籍院士、美国科学院外籍院士……除了“五院院士”头衔 ， 张杰还有一个为学子津津乐道的身份——“杰哥”校长 。