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激光钕玻璃的连续熔炼技术

点击次数:95  发布日期:2017-03-27  【打印此页】  【关闭
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激光惯性约束聚变装置是实现可控核聚变的两条技术路径之一,具有重大的国家战略意义。这一装置的核心材料——激光钕玻璃的连续熔炼技术是国际上公认难度最高的光功能玻璃制备技术之一,西方发达国家长期对我国严格实施技术封锁和产品禁运。胡丽丽研究团队依靠自主创新、实现关键技术突破,为我国具备独立研发大型激光装置的能力提供重要的材料支撑。
记者在杭州激光刻字加工上海光机所看到的这个玻璃片,长80公分,宽50公分左右,晶莹剔透。要说特别之处,它内里泛着暗红色,浅绿色的外层严丝合缝地紧紧包裹,隐隐透着一丝神秘。
它便是大名鼎鼎的“钕玻璃”——因含有稀土发光粒子,可以在“泵浦光”的激发下产生激光或对激光能量进行放大,是激光器的“心脏”。
“种子光是微不足道的激光,只有纳焦耳级10-9,通过数千片大口径高品质的杭州激光刻字钕玻璃装置,最终将被放大到小太阳量级的兆焦耳级106”,上海光机所高功率激光单元技术中心主任胡丽丽介绍。
钕玻璃性能的好坏决定了激光装置输出能量的潜力和质量。上海光机所激光钕玻璃团队经过10多年持续攻关,取得了以连续熔炼为核心的大尺寸激光钕玻璃批量制造关键技术的突破,成功应用于“神光”系列装置和超强超短激光装置。
为国家啃下这块硬骨头
中科院上海光机所1964年建所以来长期从事激光钕玻璃研发工作,先后开展了硅酸盐钕玻璃和磷酸盐激光钕玻璃的研发工作。第一代是用于高能激光系统的硅酸盐钕玻璃;第二代是用于高功率激光聚变系统“神光Ⅱ激光实验装置”的N21型磷酸盐钕玻璃。
自国家启动重大科技专项以来,对大尺寸高性能激光钕玻璃提出了更为迫切的需求。
“2002年,我们还在采用单片熔炼,一年做了102片,已经是最好的记录了”,胡丽丽回忆。
而此时,单片熔制技术从产量到性能都无法满足国家需求。聚变装置对钕玻璃性能一致性提出了非常高的要求。
“数千件钕玻璃元件必须性能一致,才能保证192束激光同时打在同一点形成聚变”,胡丽丽坦言这是挑战极限的工作。
美国联合日本HOYA和德国Schott两家国际顶级光学玻璃公司历时6年完成了钕玻璃连续熔炼技术研发,却对我国采取了严格的技术与产品禁运。这使得自主发展连续熔炼技术为核心的批量制造技术成为唯一解决途径。
“重任来了,她敢接。”,中科院上海光机所高功率激光单元技术研发中心党支部书记徐永春觉得胆大心细是上海光机所很多科研人员的共同特质。
“离线的模拟实验和在线实验总共做了100多次。每个环节都碰到过难题。有时候的确走到了死胡同,逼着我们再去探索新的方法和路径。”,该项目第二完成人陈树彬将每一次的困难看作是解决核心问题的曙光,“再困难的时候,也没有人打退堂鼓。因为国家任务面前,我们没有退路。”,正是这样锲而不舍的精神支撑着这支团队在一连串的极限挑战中啃下了这块硬骨头。