整个系统由长短脉冲两路激光组成，亚皮秒超短脉冲输出最大能量~20J，焦斑尺寸20微米，靶面聚焦功率密度2×1018W/cm2；近纳秒长脉冲能量最大20J。皮秒激光聚焦辐照平面CD靶获得了2×104中子。利用装置同步的长短脉冲激光，还开展了X射线激光、超强超短脉冲激光产生高能电子束的特性等有意义的物理实验。

　　该装置是国内第一台大能量超短脉冲激光系统，在我国高能量密度物理研究和皮秒高功率激光技术研究方面起了重要的作用。

亚皮秒超短脉冲两路激光系统

　　2008年9月16日至29日，由中、日、韩三方八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。

　　无碰撞冲击波是天体物理中非常重要的现象之一，在对超新星爆发过程的观测中，多次记录到了无碰撞冲击波的产生，并且观测到大量的高能宇宙射线和高能离子。这中间的过程复杂，包括大量的不稳定性存在，因此一直是天体物理研究的热点之一，以往科学家们只能被动地在天空中观测到这种现象。

　　此次联合实验小组进行的一轮无碰撞冲击波实验，是在神光Ⅱ装置上模拟无碰撞冲击波过程，实验人员对感兴趣的部分进行操控，观测实验现象，从而验证天体物理对超新星爆发过程中无碰撞冲击波的产生机制的推论，并对伴随其产生的高能宇宙射线及高能粒子的加速过程取得更深的了解。

　　该物理实验对装置有许多特殊要求，对装置运行是一次严峻的考验。在联合实验室科研人员的努力下，神光装置在条件多变的情况下激光输出保持稳定可靠状态。中外联合实验小组在神光Ⅱ装置上拍出了满意的图片，得到了实验预想的结果。实验取得成功后，中外联合实验小组认为神光Ⅱ装置与曾使用过的英国卢瑟福实验室的Valcun装置、日本大阪大学Gekko-Ⅻ装置相比，其输出的激光质量达到国际先进水平，而在靶场服务、神光第九路探针光模式多样性方面，达到国际领先水平。

　　同时，联合实验小组也就增强完善装置辅助性设施，增强开放性、探索性、研究性实验，以及用户管理措施时等提出了建设性意见，以期在神光Ⅱ装置平台上取得更多世界一流研究成果。

　　近日获悉，该实验物理成果在NewJournalofPhysics（XLiuetal2011NewJ.Phys.13093001）上发表后，被NaturePhotonics（DavidPile.2011NaturePhotonics5，644，该刊影响因子为26.508)在ResearchHighlights中重点推介。该报道以Collisionlessshockwaves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。

　　2009年，中科院物理所、中科院国家天文台和中物院激光核聚变中心等单位在神光Ⅱ装置上开展的一轮实验中，巧妙地构造了激光等离子体磁重联拓扑结构。实验观测到了与太阳耀斑中环顶x射线源极为相似的结果。通过磁流体标度变换理论分析，发现两个系统的各项物理参数是惊人的相似。业内人士对本项工作给出了高度的评价，称：“如果在实验室和太阳耀斑中观测到的物理过程一致并且数据测量准确，那么这项工作将是伟大的发现，并且开辟了实验室天体物理研究的最新领域。”

　　目前，神光Ⅱ装置已高质量稳定运行近十年，取得了一系列丰硕的成果。在保证国家运行任务的同时，加强了装置的开放度，提升了我国基础前沿研究水平和自主创新能力。特别是近两年来，利用神光Ⅱ装置输出的高功率激光，在实验室中创造与天体现象相似的极端物理条件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。

　　2010年4至5月，在神光Ⅱ装置第九路及神光ⅡX射线激光靶室实施了升级装置FOA首件验证实验，共打靶33发次，第九路系统输出的基频激光能量为1000J到4500J，激光脉冲宽度为3ns。对终端光学组件进行了色分离效果、穿孔效率、三倍频转换效率、BSG能量采样元件破坏、气溶胶成分成因及影响、靶场损耗和剩余光吸收等多项测试，获得了若干有实用价值的较好结果。

　　终端光学组件(FinalOpticsAssembly：FOA)是高功率激光最重要、最复杂的光学组件之一。该组件集真空密封、谐波转换、谐波分离、激光聚焦、焦斑控制和激光参数采样等功能于一体，包括了窗口玻璃、倍频晶体、聚焦透镜、楔形板、衍射光学元件和防溅射板等光学元件。它是激光驱动器工程中与各种因素牵连度最高、最复杂的单元器件之一，其工程设计实现难度很高。世界最先进、规模最大的激光装置美国NIF工程花了7年左右时间才实现了FOA系统的基本定型。

　　神光Ⅱ升级装置建成后，其每束激光运行输出能量和能量密度应为3000J/3ns/3ω0，激光在3ω0输出位置~3J/cm2，为中等通量密度水平。围绕工程目标，为保证在中等通量情况下安全、稳定运行，神光升级工程FOA的设计需突破原有的设计思路。从2008年初开始，FOA项目组在神光Ⅱ装置升级工程总体技术组的组织协调下联合国内科技攻关团队，对FOA开展了第一阶段的攻关工作。

　　攻关项目组针对杂散光的管理、FOA光学排布设计冗余度模拟计算、气溶胶的管理控制与排除等工作难点，展开了深入细致的研究工作，制定了十余款安全措施以保证FOA安全工作。实验过程中，FOA组件实现3J/cm2以上三倍频激光输出通量14发，其中3ω激光输出通量最高为3.6J/cm2，相应三倍频激光输出转换效率最高约为70%。更重要的是，攻关项目组从FOA攻关工作前期就意识到了FOA气室中气溶胶及其它有关的问题，并在本轮实验中从多方面确证了FOA低压气室中在激光打靶瞬间产生了二十万级颗粒度极为有害的气溶胶环境，并且严重污染了FOA光学元件通光表面。实验首次揭示了气溶胶颗粒在FOA元件表面沉积所产生的破坏极可能是FOA元件首次遭到损伤的最重要原因。实验中以3ω0/3ns、3.6J/cm2最高能通量密度0°入射的会聚光穿过27DL小孔(500μm小孔)的过孔率为97%，过孔能量为2300J，获得了较为满意的结果。项目组目前正在研究并采取更有力的措施，梳导和排除气溶胶，从而在多层面意义上全面提升FOA光学元件的抗激光损伤能力。

　　实验结果表明FOA光路全系统冗余度数值模拟设计，合理精密装校，为强化FOA的高质量传输功能和聚焦穿孔能力奠定了基础；FOA首件验证的穿孔实验还具有初步总体验证的意义，将为升级装置达标奠定前期实验基础。