2016年3月，中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所(簡(jiǎn)稱上海光機(jī)所)在上海浦東張江建設(shè)的超強(qiáng)超短激光裝置創(chuàng)造了激光瞬時(shí)輸出功率世界紀(jì)錄，這是科學(xué)家們歷時(shí)幾十年默默付出的成果，這項(xiàng)成果的核心材料之一是激光釹玻璃。什么是激光釹玻璃？它又是如何擔(dān)起這么重要的角色？

圖1 激光釹玻璃產(chǎn)品

激光釹玻璃是一種含有稀土發(fā)光離子——釹離子的特殊玻璃，它可以在“泵浦光”激發(fā)下產(chǎn)生激光或放大激光能量，是激光器的“心臟”，也是目前人類所知的地球上能夠輸出最大能量的激光工作介質(zhì)，數(shù)千片大尺寸高品質(zhì)釹玻璃能將種子光(焦納爾級(jí)10-9)迅速放大到小太陽(yáng)量級(jí)(兆焦耳級(jí)106)，實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)。

圖2 激光釹玻璃工作原理

激光釹玻璃具有受激發(fā)射截面大、激光增益系數(shù)高、非線性折射率小等特點(diǎn)，多用于國(guó)防軍工、航空航天、核能等戰(zhàn)略性領(lǐng)域，由于發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)行技術(shù)封鎖和產(chǎn)品禁運(yùn)，我國(guó)開(kāi)始了漫長(zhǎng)的自主技術(shù)研發(fā)道路。

圖3 激光釹玻璃應(yīng)用

從1964年起，上海光機(jī)所就開(kāi)始了釹玻璃的研究，并走出了干福熹、姜中宏兩位中科院院士，團(tuán)隊(duì)成員目前穩(wěn)定在80多人。從第一代用于高能激光系統(tǒng)的硅酸鹽釹玻璃，到現(xiàn)在用于神光系列激光聚變系統(tǒng)等高功率激光裝置的N31型磷酸鹽釹玻璃，整整經(jīng)歷了4次技術(shù)的代際提升。與硅酸鹽釹玻璃相比，磷酸鹽釹玻璃的能量放大能力是其10倍，是大功率激光裝置所必需的核心材料。但是磷酸鹽激光釹玻璃連續(xù)熔煉技術(shù)挑戰(zhàn)了光學(xué)玻璃制造極限。上海光機(jī)所的科研團(tuán)隊(duì)持續(xù)開(kāi)展多年技術(shù)攻關(guān)，不斷探索創(chuàng)新，取得了磷酸鹽激光釹玻璃批量研制的三大關(guān)鍵核心技術(shù)突破：

(1)連續(xù)熔煉動(dòng)態(tài)除羥基技術(shù)和雜質(zhì)控制技術(shù)，保障釹玻璃中羥基吸收系數(shù)和鉑顆粒指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；

(2)新型包邊膠和包邊工藝，并研發(fā)批量包邊機(jī)械化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠包邊；

(3)包邊剩余反射、鉑顆粒檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了釹玻璃批量制造的高效率、高精度檢測(cè)技術(shù)全覆蓋。

圖4 激光釹玻璃生產(chǎn)制備成套技術(shù)

上海光機(jī)所在原有生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，形成了配套設(shè)備自主化、關(guān)鍵工藝一體化、主體生產(chǎn)流程化，與原有生產(chǎn)技術(shù)比較，參數(shù)一致性提高2～3倍，生產(chǎn)效率提高10倍。

目前，中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所已建成國(guó)內(nèi)首條年產(chǎn)1 000片大尺寸高性能激光釹玻璃生產(chǎn)線，產(chǎn)品應(yīng)用于神光系列裝置、5拍瓦(1015W)超強(qiáng)超短激光裝置等，滿足國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，并出口法國(guó)、德國(guó)、以色列等國(guó)家，取得顯著經(jīng)濟(jì)效益。這一成果凝聚了上海光機(jī)所半個(gè)世紀(jì)以來(lái)老中青三代科學(xué)家的科研心血。

“漫漫科研長(zhǎng)路，敢為人先付出，創(chuàng)新技術(shù)傳承，鑄就大國(guó)匠氣?！?/p>