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激光器“心脏”挑战光玻璃世界极限

更新时间:2018-01-31    点击量:180    来源:

上百束微弱的激光,经过一道道玻璃之后,能量会放大1万亿倍。最终,它们将汇聚到一点,点燃人造“小太阳”———激光惯性约束聚变装置,有望实现人类源源不断获得清洁能源的终极梦想。

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要得到这足以引发氢同位素核聚变的强大激光,就必须研制出能为激光输送能量的钕玻璃,它是大功率激光器的“心脏”。中科院上海光机所的一群科学家,为实现这个梦想,默默努力了半个世纪。

如今,他们已经是国际上唯一掌握制作大尺寸高性能激光钕玻璃全过程工艺的团队。昨天,他们捧得了2016年度上海市技术发明特等奖。


钕玻璃“赋能”让激光足以引发聚变反应


钕玻璃很奇特,在氙灯的照射下,钕离子会吸收光的能量,从低能状态跃迁到高能状态。”钕玻璃项目负责人、光机所研究员胡丽丽解释,当激光穿过能量满满的钕玻璃时,就会吸收玻璃中的能量而变强,“数千片激光钕玻璃在装置中,反复为激光‘接力’,最终让激光达到科学家的需求。”

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这强大的激光,可以助力科学家进行高能量密度物理基础研究,创造了激光瞬时输出功率世界纪录的浦东张江超强超短激光装置中,也用到钕玻璃阵列;激光钕玻璃也可用于聚变研究,我国的“神光”装置就是世界上性能最好的聚变“点火器”之一。


制造工艺全掌握世界独此一家


磷酸盐钕玻璃为何难造?它要同时满足28个技术参数,几乎每一个都是一道难跨越的坎:高纯度的原料既容易吸水,又“性格”活泼,连生性“懒惰”的白金都会被它“拉”下马。而激光钕玻璃中,又容不得杂质的存在。大功率激光装置动辄需要上千片钕玻璃,它们必须规格性能一模一样,才能让两三百路激光最终精准汇聚到仅有毫米量级的靶点上。


连续稳定支持安心攻克难关


走进光机所嘉定北区的一幢大楼,世界上唯一一条大口径高品质钕玻璃连续熔炼生产线,正在为下一次开工做准备。这条生产线一年可产出钕玻璃1200片。陈树彬说,与手工单片制作钕玻璃的时代相比,现在的生产效率提升了10倍,成品率也大幅提升。

数年前,国际上已有机构找到光机所,希望购买产品。“当他们知道中国一家科研机构就掌握了全套生产工艺,产品指标全优,除了佩服,还是佩服。”光机所科研处处长贺洪波说,钕玻璃的直接销售额目前已达3.76亿元,它在高技术领域所打开的局面,其影响深远是难以估量的。



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