主题：纪念激光发明50年曁NB颁奖季节讨论NB奖 -- nua

中国激光玻璃研究进展

姜中宏, 杨中民,登中国科学院上海光学精密机械研究所,

国外大型激光核聚变装置研究进展

自1961 年E. Snit zer[ 1] 发明激光玻璃以来, 已

经在掺钕、掺铒、掺镱、掺铥、掺钬的多组分玻璃或石

英光纤中实现了激光输出。2005 年俄罗斯科学家

E. Dianov 等[ 2] 首次实现了掺铋离子的石英光纤的

激光输出。

迄今为止, 作为块体激光玻璃, 钕玻璃在激光核

聚变能装置中得到了最为广泛的应用, 作为纤维状

激光材料, 掺铒石英光纤在光通信上得到了最广泛

的应用。2010 年5 月29 日美国能源部劳伦斯利弗

莫尔( LLNL) 国家实验室宣布历时12 年、花费40 亿

美元的世界最大的激光装置国家点火装置

( NIF) 建成, 将于2011 年开展实验工作, 预计在

2012 年实现点火目标。法国也建有同样规模的实

验装置, 计划于近年建成。这两座装置由192 束钕

玻璃激光聚焦产生1015 W 的高功率最终实现点火。

美国NIF 装置比世界第二大的罗彻斯特大学的欧

米伽装置的功率大60 倍。俄罗斯正在建造一座火

星6 号激光聚变装置, 计划使用128 束钕玻璃激光,

2014 年建成。我国神光III 后也计划建造更高功率

的激光装置。

2 中国激光玻璃研制的回顾

我国的激光玻璃的研制在1962 年中期由干福熹

提出, 姜中宏具体负责进行激光玻璃的研制工作。其

历程可简单概括为: 1962 年开展玻璃成分及12 种稀

土氧化物玻璃光谱工作。1963 年4 月27 日采用王之

江设计的球形装置, 用3 cm 钕玻璃棒, 经汤星里测定

首次出现1064 nm 的激光, 1963 年底输出1 J 的激光

能量。1964 年成立中国科学院上海光学精密机械研

究所( 简称上海光机所) 。1964 年原定红宝石激光输

出的指标为100 J, 但到年中红宝石激光输出仍不能

突破10 J, 当时李明哲副所长决定与玻璃室另组突击

队, 由姜中宏、蔡英时、李锡善、沈冠群、李成富组成,

在10 月获得107 J 的激光输出, 当即决定采用钕玻璃

主攻1000 J 激光输出任务, 并组织中国科学院长春光

学精密机械研究所、上海光机所和新沪玻璃厂提供大

尺寸激光玻璃。经过王之江、沈冠群改进激光装置,

年底完成了1000 J 输出任务。1965 年钕玻璃输出达

到1 % 104 J( 当时美国最高输出为7000 J) 。

文化大革命期间, 在王之江主持下, 大能量装置

的激光输出超过3 % 105 J, 当时在新沪玻璃厂生产

的钕玻璃棒长度达到5 m, 直径超过25 cm, 都是世

界最大的。但因为激光亮度无法提高, 最后由王之

江提出, 经钱学森同意, 停止大能量激光钕玻璃的研

制工作。与此同时, 由邓锡铭、余文炎负责的高功率

激光取得突破, 继打出中子( 109 W) 后激光功率提

高的工作进展顺利, 因此决定将大能量工作与大功

率工作合并, 钕玻璃的研制也从硅酸盐激光玻璃进

入磷酸盐激光玻璃。

1980 年后, 中国科学院上海光机所建成了我国

最大的激光驱动器, 时任国务院副总理兼国防部长

张爱萍亲笔为该装置题名为 神光!, 上海光机所根

据装置使用要求, 进行了磷酸盐玻璃的脱水、除铂金

工艺试验取得成功。与此同时, 蒋亚丝进行了氟磷

掺钕玻璃的研制工作。

20 世纪90 年代为了适应神光装置的升级要

求, 上海光机所研制成功了与HOYA 的LHG8 性

能相当的N31 钕玻璃和一批非线性折射率较低、受

激发射截面较高的磷酸盐激光钕玻璃, 改进了除水、

除铂工艺, 形成了二步法、半连续熔炼工艺, 并开始

了连续熔炼工艺试验。半连续熔炼制备的钕玻璃产

品达到国外同类产品水平, 提供给有关装置使用, 并

获得了国家科技进步二等奖二次、中国科学院一等

奖一次、上海市科技进步一、二等奖各一次。

• 这太涉及工业基础了