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历史上的今天 回顾中国巨型激光器项目

  神光Ⅱ装置于2001年12月通过了中国科学院、中国工程物理研究院共同组织的鉴定与验收。它的建成和高水平、高效率的运行,体现了我国研制大型激光驱动器的综合能力,并为我国惯性约束聚变、X射线激光等实验研究及其他前沿基础的科学研究提供最重要的条件,具有显著的经济效益和重大的社会效益,在我国的激光领域乃至整个光学界具有特殊的重要意义。

  1996年,神光Ⅱ装置精密化改进项目正式启动。

  2000年,神光Ⅱ装置基频输出达标,开始打靶试运行。

  2001年,神光Ⅱ装置全面达标,通过鉴定验收。这是一台同轴双程放大的八路钕玻璃激光实验装置,输出总能力为:6kJ/1ns(1ω),1013W/100ps(1ω);3kJ/1ns(3ω0)。

  2002年,启动神光Ⅱ装置多功能高能激光系统(第九路)研制。是我国惯性约束聚变“五位一体”(驱动器、理论、诊断、制靶、实验)研究平台中激光驱动器——神光II装置的配套装置。这一束激光的基频输出能力达到4.5KJ/3ns,倍频和三倍频转换效率大于50%。第九路激光驱动的探针光,能够为物理实验提供主动的诊断手段,使物理研究人员更加全面、准确地了解相关等离子体物理、规律和机理现象,除了用作物理实验研究的驱动器外,还可以用于在较高效率和较高通量三倍频条件下,开展光束质量、材料破坏效应等诸多方面的研究。

  2003年1月27日,神光Ⅱ巨型激光器研制成功入选2002年中国十大科技进展新闻。

  2003年4月10日下午,在上海市市委、市政府召开的科学技术奖励大会上,上海光机所高功率激光物理联合实验室研制成功的“神光Ⅱ高功率激光实验装置”荣获2002年上海市科学技术进步一等奖。

  从“神光I”到“神光Ⅱ”前后历时20多年,经过广大科技人员的共同努力,今天终于取得了丰硕骄人的成就。现在“神光”人又以饱满的精神,高昂的热情投入到高效多功能激光装置的建造中去,投入到“神光Ⅱ”装置的实验运行中去。在获奖的名单中,有两个刺目钻心的黑框:邓锡铭、陈庆灏,他们身影不再,但光华永存。

  “神光Ⅱ高功率激光实验装置”的研制成功标志着我国在这一研究领域的有关高新技术综合能力上了一个新台阶,为我国今后建造更高功率激光驱动器积累了宝贵的经验,带动了我国相关学科科学技术的发展。这是高功率激光物理联合实验室的骄傲!这是上海的骄傲!这是中国的骄傲!

  2004年12月神光II装置的精密化改进,满足了精密靶物理实验的要求,保证了“十五”期间激光聚变物理实验计划目标的实现,为我国精密靶物理实验作出了实质性的贡献。

  本项目实现了装置“八束激光功率平衡”、“激光靶面落点精度”和初步脉冲波形整形的原定目标。其八路三倍频激光束之间的峰值功率不平衡度≤10%(rms),前沿(10%峰值处)功率不平衡度≤20%(rms);八路三倍频激光束聚焦靶面落点精度ΔL≤20μmrms;能输出准方波脉冲,前沿≈300ps。

  精密化项目使神光II装置成为国际上第一台组合放大器增益能独立控制的精密化激光聚变研究驱动器,具有开展精密物理实验的能力,达到了国际同类装置的先进水平,使我国成为继美国之后具备研制精密化激光驱动器能力的国家。

  2005年,神光Ⅱ第九路试运行。

  神光Ⅱ精密化验收(功率平衡,精密定位瞄准,初步脉冲整形能力)。

  2005年11月16日,“神光Ⅱ装置升级项目可行性报告”论证会在福州召开。有关领导、专家及联合实验室的科技骨干共30余人参加了会议,中国科学院李志刚秘书长主持了会议。

  2007年,正式启动神光Ⅱ装置升级工程。

  2007.针对“神光-Ⅱ”装置第九路系统主激光瞄准精度小于等于30μm和大焦斑辐照均匀性优于10%的要求,提出了靶场终端光学组件的设计结构。应用有限元法对组件关键机械元件和ICF靶室整体进行动静态分析,优化了设计参数。同时与聚焦透镜配合进行数值分析列阵透镜,确定了单元数、曲率和厚度以及单元长和宽等参数。经过实验测试,主激光瞄准精度达到28.9μm,大焦斑辐照的形状为1000μm×500μm,均匀性为12.0%。

  考虑到空间滤波器系统在激光装置中的稳定性要求,分析了影响稳定性的各种因素。对现行装置中的SF4空间滤波器系统进行振动模态测试,初步确定系统的工作状况,并结合振动理论明确系统稳定性的设计参数。利用有限元软件ANSYS对空间滤波器系统及相关的设计进行仿真验证计算。结果表明:SF4系统的一阶固有频率达到83Hz,与实验结果相符合,满足系统稳定性的要求;在系统中引入支撑不但能有效增加系统的刚度,同时能转移系统的振型;系统基础支撑平台的选择要求平台独立,并且选择较低的高度以便于控制上层光学元件的变形。

  2008年,神光Ⅱ第九路通过验收,第九路的输出能力为:

  基频4.5kJ/3ns,300J/100ps

  二倍频和三倍频效率>50%

  四倍频200J/3ns或0.2J/80ps

  安放第九路激光器的实验大厅于2003年开始基建施工,2004年交付使用。2004年5月开始第九路器件的进场和安装调试,2005年5月起投入试运行,至2008年1月,器件配合物理实验发射大能量近800发次,既考核了器件的运行能力,又较好地满足了物理实验的需求。2008年1月完成了全部8类16项指标的验收测试,测试结果表明第九路研制项目全面达到设计要求,并于10月通过了由中国科学院、中国工程物理研究院、国家高技术860-804专题专家组联合组织的验收。第九路的建成不仅满足了当前我国惯性约束聚变研究需求,也大大地促进了我国高功率激光技术的发展,为下一步建造更大规模的高功率激光器积累了有益的经验。

  2008.设计高功率激光装置靶场终端光学组件(FOA)时考虑的重要因素是鬼像对光学元件的破坏。由于神光Ⅱ升级装置(SG-Ⅱ-U)的输出能量高、靶场空间小、鬼像分布情况复杂,导致了终端光学组件的设计难度很高。用自主研发的鬼像控制设计软件对神光Ⅱ升级装置靶场终端光学组件排布进行设计,给出了进行鬼像控制设计时需考虑的设计因素,并对比研究了两种靶场终端光学组件设计方案的优缺点,最后结合神光Ⅱ升级装置的特点,优化设计出神光Ⅱ升级装置靶场终端光学组件的最终排布方案。

  2011年1月24日,中科院计划财务局会同大装置办组织专家对神光II装置承担的“空调系统更新”、“能源系统改造”和“靶场系统改造”三个重大维修改造项目进行验收。院计划财务局潘峰副局长、上海光机所陈卫标副所长、大装置办罗小安处长、验收专家组和装置的相关人员参加了验收会。

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