神光I、II装置

        高功率激光物理国家实验室是中科院和中国工程物理研究院合办的、跨部门的科学技术研究实体。实验室主要从事高功率激光实验装置的工程研制，开展高功率激光物理和技术的研究；保障激光装置高质量运行，并开展激光等离子体物理研究。

        1986年，在王淦昌、王大珩二老倡导、在中科院和中国工程物理院领导的支持下，在上海光机所成立高功率激光物理联合实验室。实验室打破部门所有制，实行管委会领导下的实验室主任负责制。

        实验室现有在编科技人员170余人，其中研究员18名，副研究员(或高级工程师)约40名，在学研究生80余人，先后有4位科学家当选两院院士。实验室通过40多年的发展，形成了专业配套、年龄结构合理、具有可持续发展能力的科研和激光工程技术梯队。在高功率激光驱动器的总体技术、先进单元、高水平运行等方面，取得了一系列重要的成果，打下了扎实的技术功底，积累了丰富的实践经验，是我国研制更大规模高功率激光装置不可或缺的核心团队之一。

        神光Ⅱ装置（包括八路装置和第九路装置两大部分）是目前国内正式投入运行的规模最大的高功率钕玻璃激光实验装置，其八路基频激光输出总能力为6kJ/1ns，并可以作倍频或三倍频运行，已经成为我国目前及今后更长时间内在惯性约束聚变(ICF)、X光激光和高能量密度物理等前沿科技基础领域开展研究工作的重要实验平台之一。八路装置在2001年通过了中科院、中物院联合主持的技术鉴定和验收，2002年获上海市科技进步奖一等奖，2004年2月获首届中科院杰出科技成就奖，2005年获国家科技进步奖二等奖。

        2002年底启动的为神光II装置配套的多功能高能激光系统（简称第九路），于2005年基本建成投入试运行。这一束激光的基频输出能力达到5.2kJ/3ns，倍频和三倍频转换效率大于60%，装置能够提供一束输出能量更大、输出脉冲宽度等特性都不同于神光II八路的激光束，作为探针光，能够为物理实验提供主动的诊断手段，使物理实验人员更加全面、准确地了解有关等离子体的物理现象状态，定量地理解有关物理过程和物理规律。同时也为相关物理实验提供了重要的更大能量的驱动激光，而且为研制皮秒拍瓦激光系统创造了放大链路的必要条件。

        第九路的建成不仅满足了我国惯性约束聚变研究不断发展的需求，也大大地促进了我国高功率激光技术的发展，为我国在未来建造更大规模的高功率激光器积累了有益的经验。

        安放第九路激光器的实验大厅于2003年开始基建施工，2004年4月交付使用。

        2004年5月开始第九路器件的安装调试，2005年5月10日器件投入试运行，至2008年1月器件共打靶及发射大能量近800发次，满足了物理实验的需求。

        2008年1月完成了全部8类16项指标的测试，测试结果表明第九路研制项目全面达到设计要求，见下表。

        大能量多功能第九路激光装置设计指标

        

        

        

        研究水平和研制工作中解决的关键技术问题：

        国内领先水平的集成波导前端实现了单纵模、高稳定、高同步精度、高对比度、快前沿和满足高通量光谱需求及复杂整形等的需求。系统已在两年多的神光II及其第九路装置运行中得到了全面的考核，性能全面达到了设计要求，确保了第九路的顺利达标。其中若干指标已超过国外同类装置的水平。

        研制出了国内最大口径的Φ350mm激光放大器、Φ200mm磁光隔离器和Φ400mm能量计

        采用棱镜的色分离技术

        在国内首次从理论和实验上研究了基于棱镜色散特性的三倍频谐波分离技术，在考核实验中基本达到了各项功能和具体的指标要求。对神光II升级项目三倍频谐波分离方案有很好的参考价值，对未来我国建设更大规模的高功率激光装置中三倍频谐波分离的方案也有重要的指导意义。

        在确保光大口径光学元件表面加工质量的基础上，针对试运行中暴露出的高能激光束经过小孔时的堵孔现象，重新设计了空间滤波器输入透镜的表面形状，并结合对笔形光束的控制，使大能量发射时，基频终端输出激光的波前畸变小于 2.5λ，远场分布70%的能量集中在5倍衍射极限以内。

        通过结合对远场光束质量控制的理论模拟计算和设计，有效地控制了激光器高能发射时鬼像和笔形光束对光学元件的破坏，保证了器件的安全运行。

         自2000年的10余年来，神光Ⅱ装置提供了几十种复杂物理目标和靶型的实验打靶共5 100余次，近年来全年运行平均成功率近90%。装置与同等规模的激光装置相比，其输出的能量、功率、光束质量、稳定性、可靠性指标全面达到及部分优于国外目前正在运行的装置的先进水平，实现了我国激光驱动器技术发展史上质的重大跨越，进入了当代国际最先进的高功率固体激光驱动器行列。

        近年来，在国家有关重大计划的支持下，实验室的各项技术有了大幅度的提升。实验室积极推进高功率激光驱动器总体设计和单元新技术的研究，这些新技术将逐步应用在神光Ⅱ装置上及在建的神光Ⅱ升级装置，从而大幅度拓展和提高激光总体输出性能，未来也将为国家相关重大专项前期有关物理实验和关键技术路线判定提供重要的支持。

        美国能源部已宣布，Lawrence Livemore National Laboratory（LLNL） 已经建成世界上最大的激光装置——国家点火装置（National Ignition Facility）。国家点火装置将在实验室验证点火，实现能量增益。目前，激光聚变研究已成为最热门的世界性前沿研究领域之一，它将在战略安全、清洁新能源及高能密度物理等研究中发挥极其重要的作用。

        神光Ⅱ装置(含第九路)在多年物理实验研究的基础上，进一步拓展并细化定向物理实验研究，在国家重大战略安全研究方面取得若干具有标志性的重要实验结果。同时，装置也是是我国目前唯一能够提供开放研究的高功率激光实验装置。它为国内各研究机构在激光惯性约束聚变(ICF)、X光激光(XRL)、材料高压状态方程(EOS)、高能量密度物理、天体物理、强场物理、纳米材料和新能源等诸多领域及多学科交叉提供了科学研究平台。

        近年来，装置吸引了国内外相关研究机构来装置做高水平的物理工作，在天体物理研究等前沿基础领域中，取得了多项国际领先的重要创新成果，并得到国际同行的认可。他们的工作证明了利用高功率激光，可以在实验室中创造与天体现象相似的极端物理条件。从而为科学家们在实验室中对天体问题进行主动、近距、可控的研究提供了新思路和新方法，给天体物理研究带来了新的空间和新的方法。

        2008年由中、日、韩三方8个研究单位组成的联合实验小组在神光Ⅱ装置(八路加第九路)上成功进行了无碰撞冲击波实验。由于该物理实验对装置有许多特殊要求，因此装置运行工作面临着新的挑战。在联合实验室科技人员的努力下，神光装置在要求多变的情况下，激光保持了稳定可靠的状态。中外联合实验小组在神光Ⅱ装置上拍出了满意的图片，联合实验室小组认为，神光Ⅱ装置与他们曾使用过的英国卢瑟福实验室的Vulcan装置、日本大阪大学的Gekko-XⅡ装置相比，其输出的激光质量达到国际先进水平，而在靶场运行服务、神光第九路探针光模式多样性方面更有其独到之处。

        其实验的物理成果在New Journal of Physics (2011)上发表后，被Nature photonics(2011)(影响因子为26.508)在Research Highlights中加以介绍，以Collisionless shockwaves为标题，称研究小组使用上海神光Ⅱ激光装置演示相向传播但可以无碰撞自由相互穿行的实验。

        2011年，由中科院国家天文台赵刚研究组、中科院物理所李玉同研究组与上海交通大学张杰研究组以及其他合作者在神光Ⅱ高功率激光实验装置上联合完成“利用强激光成功模拟太阳耀斑中的环顶X射线源和重联喷流”研究 经中国科学院院士、中国工程院院士、“973计划”顾问组和咨询组专家、“973计划”项目首席科学家、国家重点实验室主任等专家无记名投票，入选2011年度“中国科学十大进展”。

        联合实验室依托神光Ⅱ装置，在中国科技部的项目支持下，通过实施中、日、韩激光聚变高能量密度物理项目的合作研究，建立技术优势互补的国际合作平台，共同来解决激光聚变装置研制过程中的技术难题，合作的目标是在亚洲北部、东部建立一套成熟的高功率激光聚变系统。随着装置逐步加大国际合作力度，在高功率激光总体技术和单元技术方面也已具备了较强的国际影响力和先进技术输出能力。中国与以色列合作的“高功率激光技术合作（NLF System）”项目于2012年正式启动。上述合作为积极推进我国在激光聚变高技术领域的进一步快速发展，提升我国在该领域的国际影响和竞争力具有重要意义。

        中科院开展高功率激光驱动器以及相关物理方面的研究已有40多年，不但拥有一系列激光装置，而且还集聚了一批优秀人才，在未来的发展中必将发挥重要的作用。