打破國外技術封鎖 激光釹玻璃項目獲得國家技術發明獎二等獎

                          第140期 2018-01-09 14:52:43
                          來源:中國科技網綜合
                          作者: 編輯:冷媚
                          【編者按】

                          激光釹玻璃是激光器的“心臟”,在有“小太陽”之稱的激光慣性約束聚變裝置中,不可替代。激光釹玻璃連續熔煉技術被譽為美國國家點火裝置七大奇跡之首,西方對我國長期禁運。
                          為打破國外封鎖,中科院上海光機所胡麗麗團隊展開10余年攻關,自主發明并建成了大尺寸激光釹玻璃連續熔煉線,實現了大尺寸磷酸鹽激光釹玻璃批量生產,應用于“神光”系列裝置和上海超強超短激光實驗裝置。由胡麗麗研究員領銜的“大尺寸高性能磷酸鹽激光釹玻璃批量制造關鍵技術及應用”項目獲2017年度國家技術發明獎二等獎。

                          “大尺寸高性能磷酸鹽激光釹玻璃批量制造關鍵技術及應用”項目

                          本項目打破了西方發達國家對我國激光釹玻璃的技術封鎖和產品禁運,滿足了國家激光聚變科技重大專項等的迫切需求。累計已生產的1100余片激光釹玻璃,在神光系列裝置、5拍瓦(1015W)超強超短激光器、軍事及工業激光器等領域得到重要應用,效果顯著,項目成果還應用于發達國家的大型釹玻璃激光裝置。近三年新增銷售額1.72億元、利潤2814萬元,取得了顯著社會和經濟效益。

                          什么是激光釹玻璃?

                          激光釹玻璃是一種含有稀土發光離子——釹離子的特殊玻璃,它可以在“泵浦光”的激發下產生激光或對激光能量進行放大,是激光器的“心臟”。數千片大口徑高品質的激光釹玻璃在裝置中,就像時刻準備一聲令下迸發戰斗力的“千軍萬馬”列陣,又像人類“心臟”一樣反復“搏動”和“接力”,將微不足道的激光能量放大到“小太陽”量級的能量(如圖)。

                          上海光機所高功率激光單元技術中心主任研究員、該項目第一完成人胡麗麗,向記者介紹了該技術的發明點和在全球范圍內的先進性——

                          胡麗麗表示,上海光機所激光釹玻璃項目團隊從基礎研究出發,對大尺寸激光釹玻璃批量制造涵蓋的連續熔煉、精密退火、包邊、檢測四大關鍵核心技術進行了持續攻關,逐項打破國外技術封鎖,自主發明并建成了具有中國特色的首條大尺寸激光釹玻璃連續熔煉線,實現了大尺寸激光釹玻璃的批量生產。

                          四項技術發明點包括:連續熔煉動態除羥基和雜質控制技術;激光釹玻璃穩定、可靠批量包邊技術;大尺寸釹玻璃特性檢測技術;大尺寸激光釹玻璃批量制造集成技術。與國際同類技術比較,參數一致性較原來技術提高2-3倍,生產效率提高10倍。項目研制過程中獲得了9項授權發明專利,并制定了3個行業標準。目前,上海光機所已成為國際上首家獨立掌握釹玻璃元件全流程生產技術的機構,產品核心技術指標中,4項領先國外同類產品,其余與之相當。

                          釹玻璃“賦能”讓激光足以引發聚變反應

                          1焦耳的能量,可以讓1瓦的燈泡正常發光1秒。1納焦耳,只有1焦耳的十億分之一,這個能量級別的激光,微弱得幾乎無法察覺。然而,經過一兩千片吸收了能量的釹玻璃“賦能”,這束微光將強大到引發聚變反應。

                          “釹玻璃很奇特,在氙燈的照射下,釹離子會吸收光的能量,從低能狀態躍遷到高能狀態。”釹玻璃項目負責人、光機所研究員胡麗麗解釋,當激光穿過能量滿滿的釹玻璃時,就會吸收玻璃中的能量而變強,“數千片激光釹玻璃在裝置中,反復為激光‘接力’,最終讓激光達到科學家的需求。”

                          這強大的激光,可以助力科學家進行高能量密度物理基礎研究,創造了激光瞬時輸出功率世界紀錄的浦東張江超強超短激光裝置中,也用到釹玻璃陣列;激光釹玻璃也可用于聚變研究,我國的“神光”裝置就是世界上性能最好的聚變“點火器”之一。

                          與國外技術相比 國產制備技術的主要突破與創新點

                          與國外技術相比,國產制備技術主要突破與創新點有:一是關鍵工藝一體化,攻克并集成了釹玻璃連續熔煉過程雜質控制、動態羥基去除、鉑金去除、小流量大尺寸成型、無炸裂隧道窯退火等五個關鍵技術難點;二是配套裝備自主化,自主研制了專用新型高增益包邊材料、技術和成套設備,開發了多波長多光路實時包邊剩余反射率比對測試、強激光輻照掃描等多項離線與在線檢測技術;三是主體生產流程化,建立了完整的質量保障體系和檢測標準,實現了激光釹玻璃元件全流程生產。

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