神光高功率激光實驗裝置
 

       不論是國外還是國內(nèi)，巨型激光驅(qū)動器都是綜合國力的反映，能夠代表一個國家在這一領域的科技水平。它的研制對相關科學技術(shù)有重大的帶動作用。神光Ⅱ裝置的研制不僅為即將建造的下一代激光裝置提供極為寶貴的科學技術(shù)經(jīng)驗，而且?guī)恿宋覈牧峡茖W(激光玻璃、激光晶體、非線性晶體)、精密光學加工與檢驗(λ/10高平面度、低粗糙度、大口徑光學元件研磨技術(shù)、金剛石車床飛刀切削大口徑KDP晶體技術(shù))、介質(zhì)膜和化學膜層技術(shù)、高質(zhì)量大口徑氙燈工藝、精密機械和裝校工藝及高壓電能源系統(tǒng)、快速電子學、控制電子學、二元光學技術(shù)等相關學科或技術(shù)的跨越式發(fā)展。而這些相關學科技術(shù)在國民經(jīng)濟中的應用前景將是相當可觀的。

        截至2006年，神光Ⅱ裝置已經(jīng)累計提供運行打靶3000多發(fā)次。開展了慣性約束聚變、X光激光等研究約30輪物理實驗，獲得具有十分重要意義的結(jié)果。其中激光慣性約束直接驅(qū)動打靶，獲得單發(fā)40億中子，是國際同類裝置獲中子產(chǎn)額的最好水平。開展的物理實驗為我國ICF研究做出了重大貢獻，標志著我國激光慣性約束實驗已經(jīng)真正躍上了一個短波長、大功率激光打靶的新階段，對提高綜合國力具有重要意義。

        國產(chǎn)450mm×500mm×1000mm大KDP晶體，大口徑磷酸二氫鉀(KDP)晶體是唯一可用作激光約束核聚變中Pockels盒和倍頻器件的晶體材料，但是KDP晶體本身具有質(zhì)軟、易潮解、脆性高、對溫度變化敏感、易開裂等一系列不利于光學加工的特點，也是ICF光學元件制造中公認的最困難的環(huán)節(jié)。

詳解中國“神光”計劃（1980年——2030年）

       世界第一臺激光器問世是在1960年6月,中國第一臺激光器是在1961年9月。從1961年中國第一臺激光器宣布研制成功至今，我國形成了門類齊全、水平先進、應用廣泛的激光科技領域，并在產(chǎn)業(yè)化上取得可喜進步，可以說，在起步階段我國的激光技術(shù)發(fā)展迅速，無論是數(shù)量還是質(zhì)量，都和當時國際水平接近，一項創(chuàng)新性技術(shù)能夠如此迅速趕上世界先進行列，在我國近代科技發(fā)展史上并不多見。這些成績的取得，尤其是能夠把物理設想、技術(shù)方案順利地轉(zhuǎn)化成實際激光器件，主要得力于我國多年來在技術(shù)光學、精密機械和電子技術(shù)方面積累的綜合能力和堅實基礎。

       1957年，王大珩等在長春建立了我國第一所光學專業(yè)研究所--中國科學院長春光學精密儀器機械研究所（簡稱"長春光機所"）。在老一輩專家?guī)ьI下，一批青年科技工作者迅速成長，鄧錫銘是其中的突出代表。早在1958年美國物理學家肖洛、湯斯關于激光原理的著名論文發(fā)表不久，他便積極倡導開展這項新技術(shù)研究，在短時間內(nèi)凝聚了富有創(chuàng)新精神的中青年研究隊伍，提出了大量提高光源亮度、單位色性、相干性的設想和實驗方案。1960年世界第一臺激光器問世。1961年夏，在王之江主持下，我國第一臺紅寶石激光器研制成功。此后短短幾年內(nèi)，激光技術(shù)迅速發(fā)展，產(chǎn)生了一批先進成果。各種類型的固體、氣體、半導體和化學激光器相繼研制成功。在基礎研究和關鍵技術(shù)方面、一系列新概念、新方法和新技術(shù)（如腔的Q突變及轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q、行波放大、錸系離子的利用、自由電子振蕩輻射等）紛紛提出并獲得實施，其中不少具有獨創(chuàng)性。

       同時，作為具有高亮度、高方向性、高質(zhì)量等優(yōu)異特性的新光源，激光很快應用于各技術(shù)領域，顯示出強大的生命力和競爭力。通信方面，1964年9月用激光演示傳送電視圖像，1964年11月實現(xiàn)3～30公里的通話。工業(yè)方面，1965年5月激光打孔機成功地用于拉絲模打孔生產(chǎn)，獲得顯著經(jīng)濟效益。醫(yī)學方面，1965年6月激光視網(wǎng)膜焊接器進行了動物和臨床實驗。國防方面，1965年12月研制成功激光漫反射測距機（精度為10米/10公里），1966年4月研制出遙控脈沖激光多普勒測速儀。
激光技術(shù)的發(fā)展
中國激光科技從一開始就得到了國家的高度重視。1964年，中國科學院上海光學精密機械研究所（簡稱"上海光機所"）成立。1964年國家啟動"6403"高能釹玻璃激光系統(tǒng)，建成了具有工程規(guī)模的大口徑（120毫米）振蕩-放大型激光系統(tǒng)，最大輸出能量達32萬焦耳；改善光束質(zhì)量后達3萬焦耳。成功地進行了打靶實驗，室內(nèi)10米處擊穿80毫米鋁靶，室外2公里距離擊穿0.2毫米鋁耙，并系統(tǒng)地研究了強激光輻射的生物效應和材料破壞機理。最后從技術(shù)上判定熱效應是根本性技術(shù)障礙，于1976年下馬。這一項目使我國激光技術(shù)科研水平上了一個臺階。

高功率激光和核聚變研究

       1964年王淦昌獨立提出激光聚變倡議，1965年立項開始研究。經(jīng)幾年努力，建成了輸出功率100億瓦的納秒級激光裝置，并于1973年5月首次在低溫固氘靶、常溫氘化鋰靶和氘化聚乙烯上打出中子。1974年研制成功我國第一臺多程片狀放大器，把激光輸出功率提高了10倍，中子產(chǎn)額增加了一個量級。在國際上向心壓縮原理解密后，積極跟蹤并于1976年研制成六束激光系統(tǒng)，對充氣玻殼靶照射，獲得了近百倍的體壓縮。這一系列的重大突破，使我國的激光聚變研究進入世界先進行列，也為以后長期的持續(xù)發(fā)展奠定了基礎。我國的激光科技事業(yè)，雖然也遭遇了"文革"十年浩劫，但借助于重點項目的支撐，仍艱難地生存了下來并取得了可貴的進展。
改革開放后，我國激光技術(shù)獲得了空前發(fā)展的機遇。1980年5月，分別在上海、北京舉行了第一次國際激光會議，與會代表218人（國外66人），鄧小平同志親切接見了與會中外代表。1983年在廣州和1986年在廈門又舉行了第二次、第三次國際會議，改變了我國的激光技術(shù)多年來封閉運轉(zhuǎn)的局面，開始走向世界。先后成立了一批國家重點實驗室、開放實驗室、國家工程研究中心和產(chǎn)學研組織。在多項國家級戰(zhàn)略性科技計劃中，激光技術(shù)受到重視。"863"計劃七大領域中有激光技術(shù)和光電子技術(shù)（包括用于信息領域的激光技術(shù)），1995年又增列了"慣性約束聚變"主題。國防預研光電子技術(shù)作為跨部門項目正式立項，其中也包括激光技術(shù)。國家"六五"和"七五"攻關計劃，激光技術(shù)被列為重大項目。

慣性約束聚變激光驅(qū)動器

       人類的能源從根本上說來自核聚變反應，即發(fā)生在太陽上的"輕核聚變"。人類已經(jīng)在地球上實現(xiàn)了不可控的熱核反應，即氫彈爆炸。要獲得取之不盡的新能源，必須使這一反應在可控條件下持續(xù)地進行。為實現(xiàn)可控核聚變有兩種方法，一是科學家們用托卡馬克裝置開展"磁約束聚變"的研究。另一條技術(shù)路線于20世紀60年代初提出的"激光慣性約束核聚變"。
慣性約束核聚變( Inertial Confined Fusion ICF ）的基本原理是：使用強大的脈沖激光束照射氘、氚燃料的微型靶丸上，在瞬間產(chǎn)生極高的高溫和極大的壓力，被高度壓縮的稠密等離子體在擴散之前，向外噴射而產(chǎn)生向內(nèi)聚心的反沖力，將靶丸物質(zhì)壓縮至高密度和熱核燃燒所需的高溫，并維持一定的約束時間，完成全部核聚變反應，釋放出大量的聚變能。然而聚變反應所要求的條件卻極為苛刻。首先要有1億度左右的高溫；其次，參與反應的粒子密度要足夠高并能維持一定的反應時間，即'nτ'值要達到1百萬億（秒/厘米3）以上，這就是著名的勞遜判據(jù)。一些國家的實驗室已經(jīng)在這類激光裝置上作了大量的基礎研究工作。美國、法國等已著手建造更大規(guī)模的巨型激光器，期望能夠?qū)崿F(xiàn)激光熱核"點火"。
  
       我國從上世紀60年代即開始慣性約束聚變的研究，在王淦昌、王大珩的指導下，中國科學院和中國工程物理研究院從80年代開始聯(lián)合攻關，上海光機和長春光機都是協(xié)作單位。六十年代初，我國激光聚變研究剛剛起步的時候，錢學森院士就形像地指出：你們的事業(yè)是在地球上人造一個小太陽！ICF研究中關鍵設備是大功率的激光器。

神光-Ⅰ

       1964年,我國著名核物理學家王淦昌院士獨立地提出激光聚變思想,并建議了具體方案. 按照這一創(chuàng)議,在我國第一個激光專業(yè)研究所-中國科學院上海光機所開始了高功率激光驅(qū)動器的研制和應用并于 1971年獲得氘-氘碰撞中子. 1978年中國工程物理研究院和中國科學院攜手合作, ICF研究進入了全面發(fā)展的新階段。近廿年來, 致力于研制和應用釹玻璃激光驅(qū)動器 -"神光"系列裝置, 取得了顯著進展, 推動了我國慣性約束聚變實驗和理論研究, 并在國際上占有一席之地。

神光I的主放大系統(tǒng)
 

神光Ⅱ的主放大系統(tǒng)