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傳承辟新 尋優(yōu)勇進—高功率激光物理聯(lián)合實驗室成立30周年后記

星之球科技 來源:中國激光2017-07-22 我要評論(0 )   

紀念中國科學院、中國工程物理研究院高功率激光物理聯(lián)合實驗室成立三十周年,是為了回顧聯(lián)合室的發(fā)展歷程,展示聯(lián)合室為我國高功率激光驅(qū)動器發(fā)展和ICF研究做出的重大貢...

紀念中國科學院、中國工程物理研究院高功率激光物理聯(lián)合實驗室成立三十周年,是為了回顧聯(lián)合室的發(fā)展歷程,展示聯(lián)合室為我國高功率激光驅(qū)動器發(fā)展和ICF研究做出的重大貢獻。半年多來,累計推出了12篇短文,涵蓋了高功率激光驅(qū)動器的總體發(fā)展,激光驅(qū)動器各個單元技術的進展等,累計閱讀量高達數(shù)萬次,使得一項復雜的系統(tǒng)工程用科普的語言呈現(xiàn)給廣大讀者,讓更多人能了解我國在該領域研究的國際地位和作用,激勵優(yōu)秀的青年科技工作者投身于這一偉大的事業(yè)中去。
激光聚變是一項挑戰(zhàn)物理極限的科學探索工程,物理目標的實現(xiàn)要克服多因素耦合的不確定性,極具科學認知不確定性的挑戰(zhàn);提供物理實驗的高功率激光驅(qū)動器在各項技術要求都接近光學極限的基礎上,還要做到高效、高質(zhì)量運行,也是風險和技術挑戰(zhàn)并存。所以,從這個意義上來看,激光聚變的物理目標具有科學探索性,實現(xiàn)手段具有技術挑戰(zhàn)性,綜合因素又具有復雜關聯(lián)性。
 
縱觀全世界激光聚變研究五十多年的發(fā)展歷程,可謂是屢戰(zhàn)屢敗,屢敗屢戰(zhàn),而且一個輪回就是數(shù)年乃至更長,但全世界的科學家都沒有放棄這一將改變?nèi)祟愇拿魇返目茖W目標。我們的時代是這一偉大事業(yè)的親歷者和實踐者,要實現(xiàn)這個世紀科學大目標,開放聯(lián)合是必然的,所以我在開篇就用了“知行合一,開放聯(lián)合”的標題,來表達聯(lián)合實驗室內(nèi)在的特質(zhì)。
 
在聯(lián)合實驗室成立以前,我國的激光聚變研究分屬幾大研究實體。為了推進我國的激光聚變研究,王淦昌先生和王大珩先生在當時力排眾議,打破了各個部門的體制機制的限制,在中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光研究室的基礎上,成立了中國科學院和中國工程物理研究院共同管理的聯(lián)合實驗室,并創(chuàng)造性地成立了聯(lián)合實驗室管理委員會和學術委員會。
 
這些高屋建瓴的體制機制的頂層規(guī)劃設計,有效地保障了聯(lián)合實驗室的快速發(fā)展,推動了我國激光聚變事業(yè)的跨越式進步。聯(lián)合實驗室三十年的不斷發(fā)展,從一個側面佐證了開放聯(lián)合的重要性,只有做到開放聯(lián)合,才能保障在重大科研攻關計劃中,組織一流的人才,集智攻關。兩位王老三十年前倡導的開放聯(lián)合精神,當今仍然有重要的現(xiàn)實意義。
 
王大珩、王淦昌、鄧錫銘院士和朱健強研究員(從左往右)
 
縱觀聯(lián)合實驗室三十年的發(fā)展,可以看到非常清晰的發(fā)展脈絡,以技術發(fā)展推動裝置研制,已經(jīng)形成了國際上最為綜合的激光驅(qū)動器組合實驗平臺:數(shù)萬焦耳級的納秒激光實驗平臺,皮秒拍瓦激光實驗平臺,飛秒數(shù)拍瓦實驗平臺。利用這些實驗平臺,每年都能產(chǎn)生若干世界級的科研成果,極大提升了我國在該領域的國際影響力。
 
在激光技術發(fā)展中,三十年來,聯(lián)合實驗室不斷推陳出新,引領了技術進步。在激光驅(qū)動器總體設計方面,發(fā)展了LaserDesignr程序,用于激光放大鏈路的設計分析,先后完成了多功能激光裝置,神光升級裝置等;
 
神光驅(qū)動器升級裝置 
 
在精密測控方面,實現(xiàn)了高速光束自動準直,大口徑能量測量,以及集總測控等;
 
神光綜合裝置總控制室
 
在激光工程方面,發(fā)展了光傳輸時空矩陣光學理論,對于光束的隨機抖動實現(xiàn)了精密控制,較原先的控制精度提高了數(shù)倍,確保了拍瓦激光裝置的綜合性能。
 
 
在高功率激光驅(qū)動器的種子源——前端,利用高速光通信技術和器件,發(fā)展了基于集成波導的激光前端,實現(xiàn)了激光種子脈沖時空可精密調(diào)控的全域控制,性能指標達到了世界先進水平;
 
 
圖  新一代集成化前端系統(tǒng)
 
在激光驅(qū)動器的主干——激光傳輸放大中,實現(xiàn)了大口徑電光開關四通放大技術,在350mm口徑的放大器中,實現(xiàn)了17.5kJ的基頻能量輸出,且光束質(zhì)量和能通量都達到國際水平,發(fā)展完善了放大器的抽運耦合技術,為后續(xù)的發(fā)展需求奠定了技術基礎;
圖 神光II裝置多功能光束350mm口徑2-disk片放大器
 
在激光靶場,不斷探索激光三倍頻損傷難題,實現(xiàn)了3.5—5J/cm2的通量輸出,基本理清了激光三倍頻損傷的成因和控制措施;
 
圖(a)單束激光打擊平面靶;(b)多束激光多角度打擊柱腔靶
 
利用孔徑(波前)編碼技術,實現(xiàn)了激光光束的復振幅測量,為激光參數(shù)的綜合測試的統(tǒng)一化奠定了基礎。
 
圖  CMI法波前測量實物圖
 
同時,值得一提的是在化學鍍膜方面,聯(lián)合實驗室在國內(nèi)率先實現(xiàn)了增透膜的涂制,并給用戶無償提供了全套技術,實踐了開放聯(lián)合的宗旨。
 
 
聯(lián)合室化學涂膜組參加測試樣品為溶膠-凝膠多孔性SiO2減反膜(Sol-gel SiO2 Dip Coating),涂膜基片為康寧熔石英7980,直徑為50mm,厚為10mm。比賽結果中聯(lián)合室化學膜破壞閾值最高(左圖最右紅色)。
 
聯(lián)合實驗室三十年的發(fā)展,實際上是我國激光聚變事業(yè)幾代人的工作積累。王大珩先生曾在聯(lián)合實驗室管委會上多次提及聯(lián)合實驗室的發(fā)展要做到:“傳承辟新,尋優(yōu)勇進”。我把王老的這句諄諄教誨作為文章的標題,一方面想告慰王老,聯(lián)合實驗室的科研人員幾十年來都是這么做的;另外一方面,也是提醒自己,在未來的發(fā)展征程上,這種精神還是要繼續(xù)發(fā)揚的。激光聚變研究的歷史也向這一領域的科研工作者呈現(xiàn)了這一特質(zhì)。
 
如何能在新時期做到、做好“傳承辟新,尋優(yōu)勇進”?早至2012年,美國聚變點火遇到的問題已初露端倪,我們已經(jīng)意識到新一輪凸顯的問題就在眼前。學術研討是科學認知的基礎,能否在該領域創(chuàng)辦一本英文刊物,全方面地開展學術交流和技術探討?
 
在中國科學院和中國科學技術協(xié)會的大力支持下,我們和英國劍橋大學出版社合作,創(chuàng)辦了“High Power Laser Science and Engineering”一刊,今年四月份該刊被SCIE全文收錄。從2014年起,我們還組織舉辦了以“High Power Laser Science and Engineering”期刊冠名的國際學術會議,來研討激光聚變點火的學術問題。首次會議上,一些專家就對美國的激光聚變點火所需要的激光能量提出了質(zhì)疑,這些面對面的交流,了解到了一般文獻中讀不到的信息,這對像激光聚變點火這類科研探索工程至關重要。
 


 
在激光聚變發(fā)展的歷史中,美國自始至終引領了發(fā)展。在一定的參照系下開展研究,補短板的體系發(fā)展是常態(tài)。但如今,美國人面對激光聚變點火,也是一籌莫展,那該如何做?這是對我們研究能力和技術判斷能力的考驗。有一點是肯定的,完全照搬美國人現(xiàn)有的技術,是無法實現(xiàn)聚變點火的。
 
所以,本文的結尾是一個問題,答案在若干年后。屆時我再撰文告知大家我們是如何做的。 (作者:高功率激光物理聯(lián)合實驗室主任 朱健強研究員)

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高功率激光物理聯(lián)合實驗室30周年
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