2020年是激光誕生60周年，是值得紀念的一年。激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體(ti) 之後，人類科學史上的又一重大發明，被稱為(wei) “最快的刀”、“最準的尺”和“最亮的光”。自1960年第一台激光器問世以來，人類掌握了一種無與(yu) 倫(lun) 比的強大光源和工具，極大地推動了科技進步，也照亮了我們(men) 的生活。值此激光發明60周年之際，信息管理中心調研團隊從(cong) 激光理論提出及激光器發明與(yu) 發展、激光應用、fun88官网平台事業(ye) 發展及國外大型激光裝置建造四個(ge) 方麵對激光技術發展曆程進行了全麵梳理回顧，希望以此以饗讀者，共慶激光發明60周年。

國外大型激光裝置

1974 to 2019

1974

KMS激光聚變公司用兩(liang) 束近乎正交的激光照射含氘氦混合氣體(ti) 的玻璃束殼靶，獲得了3×105中子產(chan) 額和50~100倍的體(ti) 壓縮，是當時國際ICF研究的一項標誌性成果。

1974

美國勞倫(lun) 斯·利弗莫爾國家實驗室 (LLNL) 單束Janus激光器建成。同年晚些時候，對Janus進行了改造升級，正如為(wei) 它命名的神靈“兩(liang) 麵神”，改造後的Janus為(wei) 雙束裝置，兩(liang) 路激光從(cong) 相反的方向射向靶丸。Janus最初被定義(yi) 為(wei) 大功率激光裝置，但是最終隻能產(chan) 生約10J能量的激光脈衝(chong) 。

圖6 1975年Janus激光器

1974

LLNL單束Cyclops激光器建成，是當時尚未建成的20束10.2kJ Shiva激光裝置的原型裝置。

圖7 Cyclops激光器

1976

英國政府科學研究委員決(jue) 定終止對英國幾個(ge) 主要的高功率激光裝置的投資，將資金投入Vulcan（火神）裝置的建設中。

圖8 Vulcan裝置示意圖

1976

LLNL雙束Argus激光裝置建成，該裝置於(yu) 1981年9月停止使用並拆除。其聚變產(chan) 額最高達到了109。Argus激光裝置的一個(ge) 重大成就是首次發現通過使用二倍頻、三倍頻激光，而不是直接使用由激光產(chan) 生的紅外線，能夠產(chan) 生熱電子，從(cong) 而減少硬X射線的產(chan) 生。

圖9 雙束Argus激光裝置激光大廳

1977

LLNL Shiva裝置建成，該裝置擁有20路光束，輸出能量達10.2kJ。

圖10 Shiva裝置

1978

日本大阪大學激光工程研究所 (ILE) 建成Gekko-Ⅳ裝置，該裝置用摻釹磷酸鹽玻璃代替摻釹矽酸鹽玻璃做激光放大器的工作介質。

1979

前蘇聯Iskra-4裝置建成，該裝置擁有8路光束，為(wei) 碘分子激光器。

1980

羅切斯特大學激光能量實驗室 (UR/LLE) 擁有24路光束的Omega裝置建成。

1983

LLNL的雙束2.5kJ Novette裝置建成，該裝置是第一台使用磷酸二氫鉀 (KDP) 晶體(ti) 製成的光學頻率轉換器的激光裝置。

圖11 Novette靶室

1983

日本Gekko-Ⅻ裝置建成。該裝置由日本大阪大學激光工程所 (ILE) 指定日本電氣公司負責建設，為(wei) 擁有基頻、二倍頻和三倍頻能力的激光裝置，擁有12路光束，是當時世界上最大的釹玻璃激光裝置。

1984

LLNL建成Nova激光裝置，該裝置脈衝(chong) 能量為(wei) 45kJ，脈寬2.5ns，是全世界第一台拍瓦級激光裝置，裝置峰值功率達1.5PW。1999年6月，Nova裝置進行了最後一次試驗後拆卸。

圖12 Nova裝置靶室

1989

前蘇聯Iskra-5裝置建成。2003年，該裝置改為(wei) 二倍頻裝置。

圖13 Iskra-5裝置靶室

1990

美國國會(hui) 批準並投資6100萬(wan) 美元對Omega裝置進行升級。

1993

美國能源部長詹姆斯•沃特金斯 (James Watkins) 簽署了第0號決(jue) 議，確認國家點火裝置的任務需求。決(jue) 策表明，NIF是為(wei) 支持慣性約束聚變計劃需要實現的點火和熱核聚變、燃燒增益而提出的。

1994

LLNL單束Beamlet激光裝置建成，該裝置為(wei) NIF的原型裝置。

圖14 Beamlet激光裝置

1995

Omega裝置完成升級工作，光路達到60路，輸出能量為(wei) 30kJ。

1995

5月，美國海軍(jun) 實驗室 (NRL) Nike KrF激光裝置建成，該裝置為(wei) 直接驅動裝置，能夠以248nm波長產(chan) 生3kJ能量。

1996

法、美兩(liang) 國簽署一項加強兩(liang) 國核協作的協議，美國同意幫助原子能與(yu) 替代能源委員會(hui) (CEA) 建造兆焦耳激光器(Laser Megajoule, LMJ)。原計劃建造240束光路，後改為(wei) 建造176束。

1996

開始進行LMJ裝置原型裝置LIL裝置的建造工作，該裝置擁有8路光束。2002年，該裝置首次出光，於(yu) 2014年完成最後一次試驗並關(guan) 閉。

1997

美國國家點火裝置 (NIF) 開始建造。

2002

英國完成具有10路光束的Vulcan裝置的升級。升級後的Vulcan裝置能夠以拍瓦級運行。這次升級的一個(ge) 重要原因是LLNL決(jue) 定關(guan) 閉Nova裝置，以便集中力量建造NIF。經過與(yu) 美國能源部的商討，美國將價(jia) 值100萬(wan) 英鎊的米級尺寸的光學元件以及建造拍瓦裝置所需的其他設備交給英國，以換取在Vulcan裝置上一定的實驗時間。目前，Vulcan裝置是以拍瓦級運行時間最長的用戶裝置。

2003

2月，美國國會(hui) 批準1300萬(wan) 美元，開始建造Omega EP激光裝置。該裝置於(yu) 2008年5月建造完成，輸出脈寬為(wei) 1ps時，峰值功率可達到1PW。Omega EP的輸出即可以加載到Omega EP的靶室上，也可以加載到Omega裝置的靶室上。

2003

LMJ裝置於(yu) 法國南部波爾多市的阿基坦科技研究中心破土動工。2008年，開始試運行。之後法國又為(wei) LMJ裝置增加了PETAL (ICF PETawatt Aquitaine Laser), 是一路短脈衝(chong) (500fs~10ps), 超高功率(1~7PW),高能 (1~3.5kJ) 光束。

圖15 LMJ 裝置激光器係統的主要組成部分

圖16 PETAL與(yu) LMJ裝置示意圖

2003

日本Gekko-Ⅻ裝置開始以拍瓦級運行，該裝置是亞(ya) 洲第一台拍瓦級激光裝置，為(wei) 二倍頻激光裝置，主要用於(yu) 進行快點火研究。

2003

4月，日本大阪大學激光工程研究所啟動了“快點火實現實驗 (FIREX)”項目的LFEX激光器 (Laser for Fusion Experiment) 建造工作，該裝置建在Gekko-Ⅻ旁邊，目的是利用Gekko-Ⅻ壓縮激光，利用LFEX加熱激光，從(cong) 而達到加熱溫度 (10keV)。

圖17 LFEX裝置和 Gekko-Ⅻ裝置

2006

10個(ge) 國家和地區的30個(ge) 科研機構聯合向歐盟提出的極端光設施 (Extreme Light Infrastructure,簡稱ELI) 計劃。

2009

3月，NIF成為(wei) 世界上第一台突破1MJ門檻的激光裝置。

圖18 NIF靶室

2009

6月，NIF正式投入使用，建造共耗資35億(yi) 美元。

2012

俄羅斯開始建造UFL-2M裝置，該裝置為(wei) 二倍頻裝置，計劃建造192路，將用於(yu) 高能量密度物理和能源領域的研究。

圖19 Iskra-5裝置、Luch裝置、UFL-2M裝置鳥瞰圖

2013

4月，英國Orion裝置建成，該裝置擁有短脈衝(chong) 拍瓦束，峰值功率可達到1PW。

2015

法國Apollon裝置建成，預計後期峰值功率達5PW。

2018

6月，NIF激光裝置成功產(chan) 生了2.15MJ的能量和500萬(wan) 億(yi) 瓦的峰值功率，比NIF激光能量設計指標1.8MJ高15%。

2019

3月，羅馬尼亞(ya) 的極端光基礎設施——核物理裝置 (ELI-NP) 產(chan) 生了第一個(ge) 10PW峰值功率水平的脈衝(chong) ，其性能達到了前所未有的水平。

圖20 ELI-NP分布圖

本 文 作 者

中國工程物理研究院激光聚變研究中心信息中心

張 可，王 雲(yun) ，唐道潤，程 功，張惠鴿