中国超短超强激光器突破1千万亿瓦

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 04:33:33
中国超短超强激光器突破1千万亿瓦功率大关 目标1万万亿瓦
http://m.guancha.cn/Science/2014_12_17_303600

超强激光是目前世界上主要大国争相研究的前沿领域,美国和中国都开展了以超强激光引发核聚变的研究项目,分别代号为“国家点火”和“神光”项目。最近传出消息,“神光”项目的主要参与方上海光机所研制的超短超强激光器日前实现了1千万亿瓦激光脉冲输出,这是采用同类原理的激光器在世界上首次实现这样大功率的输出。一千万亿瓦峰值功率在世界上目前也只有很少数国家实现。据悉,2012年美国宣布伯克利大学研制的激光装置才实现千万亿瓦输出功率;同年,美国国家点火装置激光器实现500万亿瓦输出。

上海光机所研制的神光2激光器
中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室日前在超强超短激光研究领域取得重要进展。正在研制的10PW(千万亿瓦,拍瓦)级超强超短激光装置,实现了1PW激光脉冲输出,这是国际上基于光学参量啁啾脉冲放大器首次突破1PW激光峰值功率大关,验证了啁啾脉冲放大链(CPA)与光学参量啁啾脉冲终端放大器(OPCPA)相结合的混合放大器方案作为10PW级超强超短激光装置总体技术路线的可行性。
据介绍,拍瓦超强超短激光能在实验室内创造出前所未有的超强电磁场、超高能量密度和超快时间尺度综合性极端物理条件,在激光加速、激光聚变、核医学等领域有重大应用价值,是国际激光科技竞争前沿之一,多个国家已提出了大型超强超短激光装置研究计划。
2012年时,新华网的报道,上海光机所的激光装置主要包括基于钛宝石晶体的800纳米波段宽带高信噪比CPA放大链、基于三硼酸锂晶体的OPCPA终端放大器和激光脉冲压缩器等几个模块。最终获得45.3J的放大输出,转换效率接近27%,放大光谱全宽约80纳米,压缩脉宽为32.0fs,压缩后单脉冲能量32.6J,对应峰值功率1.0PW。

“神光”系统靶室
据我国国家863计划惯性约束聚变(ICF)主题专家组原首席科学家贺贤土介绍,我国ICF点火研究采取的是一种从万焦耳级到十万焦耳级,再到百万焦耳级的循序渐进的路线图,即在近期万焦耳级激光器研究基础上,到2014年左右进入激光能量20到40万焦耳神光Ⅲ平台研究。经过这一中间平台对靶物理进行充分研究,然后外推到激光能量约为神光Ⅲ能量4到5倍的神光Ⅳ上进行ICF研究和点火演示,可以减少风险。据悉,神光Ⅲ装置设计是48束激光,2012年1月已出第一束激光,预计年内可安装完16束,计划2014年全部出光运行,进行物理实验。
超短超强激光的应用
众所周知,超短超强激光是目前国际激光应用领域的热点。除了激光引发核聚变、激光切割等工业用途,超短超强激光也是目前激光武器研制的热点,由于脉冲激光可汽化目标表面,引发目标爆裂解体,因此被认为比连续波激光更适合作为激光武器。
此外,超短超强激光还可能用于激光推进技术,即用激光加热火箭携带的工质,使之汽化而推进火箭飞行,这种模式由于将能源部分放在地面,火箭只需携带工质,可以大幅度减少火箭携带的工质/燃料重量,达到增大比冲的效果。
在科技研究方面,超短超强激光可用于模拟自然界的极端情况,有着非常重要的科学意义。中国超短超强激光器突破1千万亿瓦功率大关 目标1万万亿瓦
http://m.guancha.cn/Science/2014_12_17_303600

超强激光是目前世界上主要大国争相研究的前沿领域,美国和中国都开展了以超强激光引发核聚变的研究项目,分别代号为“国家点火”和“神光”项目。最近传出消息,“神光”项目的主要参与方上海光机所研制的超短超强激光器日前实现了1千万亿瓦激光脉冲输出,这是采用同类原理的激光器在世界上首次实现这样大功率的输出。一千万亿瓦峰值功率在世界上目前也只有很少数国家实现。据悉,2012年美国宣布伯克利大学研制的激光装置才实现千万亿瓦输出功率;同年,美国国家点火装置激光器实现500万亿瓦输出。

上海光机所研制的神光2激光器
中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室日前在超强超短激光研究领域取得重要进展。正在研制的10PW(千万亿瓦,拍瓦)级超强超短激光装置,实现了1PW激光脉冲输出,这是国际上基于光学参量啁啾脉冲放大器首次突破1PW激光峰值功率大关,验证了啁啾脉冲放大链(CPA)与光学参量啁啾脉冲终端放大器(OPCPA)相结合的混合放大器方案作为10PW级超强超短激光装置总体技术路线的可行性。
据介绍,拍瓦超强超短激光能在实验室内创造出前所未有的超强电磁场、超高能量密度和超快时间尺度综合性极端物理条件,在激光加速、激光聚变、核医学等领域有重大应用价值,是国际激光科技竞争前沿之一,多个国家已提出了大型超强超短激光装置研究计划。
2012年时,新华网的报道,上海光机所的激光装置主要包括基于钛宝石晶体的800纳米波段宽带高信噪比CPA放大链、基于三硼酸锂晶体的OPCPA终端放大器和激光脉冲压缩器等几个模块。最终获得45.3J的放大输出,转换效率接近27%,放大光谱全宽约80纳米,压缩脉宽为32.0fs,压缩后单脉冲能量32.6J,对应峰值功率1.0PW。

“神光”系统靶室
据我国国家863计划惯性约束聚变(ICF)主题专家组原首席科学家贺贤土介绍,我国ICF点火研究采取的是一种从万焦耳级到十万焦耳级,再到百万焦耳级的循序渐进的路线图,即在近期万焦耳级激光器研究基础上,到2014年左右进入激光能量20到40万焦耳神光Ⅲ平台研究。经过这一中间平台对靶物理进行充分研究,然后外推到激光能量约为神光Ⅲ能量4到5倍的神光Ⅳ上进行ICF研究和点火演示,可以减少风险。据悉,神光Ⅲ装置设计是48束激光,2012年1月已出第一束激光,预计年内可安装完16束,计划2014年全部出光运行,进行物理实验。
超短超强激光的应用
众所周知,超短超强激光是目前国际激光应用领域的热点。除了激光引发核聚变、激光切割等工业用途,超短超强激光也是目前激光武器研制的热点,由于脉冲激光可汽化目标表面,引发目标爆裂解体,因此被认为比连续波激光更适合作为激光武器。
此外,超短超强激光还可能用于激光推进技术,即用激光加热火箭携带的工质,使之汽化而推进火箭飞行,这种模式由于将能源部分放在地面,火箭只需携带工质,可以大幅度减少火箭携带的工质/燃料重量,达到增大比冲的效果。
在科技研究方面,超短超强激光可用于模拟自然界的极端情况,有着非常重要的科学意义。
神光-Ⅰ
1964年,我国著名核物理学家王淦昌院士独立地提出激光聚变思想,并建议了具体方案. 按照这一创议,在我国第一个激光专业研究所-中国科学院上海光机所开始了高功率激光驱动器的研制和应用并于 1971年获得氘-氘碰撞中子. 1978年中国工程物理研究院和中国科学院携手合作, ICF研究进入了全面发展的新阶段。近廿年来, 致力于研制和应用钕玻璃激光驱动器 -“神光”系列装置, 取得了显著进展, 推动了我国惯性约束聚变实验和理论研究, 并在国际上占有一席之地。

1977年,上海光机所利用1千亿瓦的6束激光系统装置,对充气玻壳靶照射获得了近百倍的体压缩。使我国的激光聚变研究进入了逐级论证向心聚爆原理的重要发展阶段,为以后长期的持续发展奠定了基础。1980年,王淦昌提出建造脉冲功率为1万亿瓦固体激光装置的建议,称为激光12号实验装置(神光I)。激光12号实验装置是建立在中国科学院上海光机所的一台大型高功率激光实验装置,位于上海市嘉定区清河路390号光机所内,1983年由上海光机所设计,总建筑面积4612平方米,为4层钢筋混凝土框架结构,总高度15米。该装置输出两束口径为200mm的强光束,每束激光的峰功率达1万亿瓦,脉冲宽度有1ns和100ps两种,波长为1.053μm的红外光,可倍频到0.53μm绿光。实验室内配有物理实验靶室及全套诊断测量设备,能开展激光加热与压缩等离子物理现象的研究和激光X光谱等基础研究工作。

1985年7月,激光12号装置按时建成并投入试运行。试运行中成功地进行了三轮激光打靶试验,取得了很有价值的结果,达到了预期目标。该装置是中国规模最大的高功率钕玻璃激光装置,在国际上也是为数不多的大型激光工程。它由激光器系统、靶场系统、测量诊断系统和实验环境工程系统组成。输出激光总功率达1万亿瓦量级,而激光时间只有一秒钟的十亿分之一到百亿分之一。可用透镜聚焦到50毫微米的尺寸上,能产生10万亿亿瓦/厘米2的功率密度。将这样的光束聚焦在物质的表面,可以产生上千万度的高温,并由此产生强大的冲击波和反冲击压力。该装置的高精度靶场系统,能适应0.1毫米量级的微球靶、黑洞靶、台阶靶、各类X光靶等多种靶型的实验需要,并具有单束、双束及两路并束激光打靶的功能,为进行激光核聚变新能源研究及其他多种物理研究得供了重要实验手段。1987年6月通过国家级的鉴定。

它的建成为进行世界前沿领域的激光物理试验提供了有利的手段,对尖端科研和国民经济建设均具有重要意义。1986年夏天,张爱萍将军为激光12号实验装置亲笔题词“神光”。于是,该装置正式命名为神光-Ⅰ。1989年起,神光I直接驱动获5000000中子产额,间接驱动获10000中子产额,冲击波压强达0.8TPa,获近衍射极限类氖锗X光激光增益饱和。1990年,神光I获得国家科技进步奖一等奖。

神光-Ⅱ
1993年,国家“863”计划确立了惯性约束聚变主题,进一步推动了国家惯性约束聚变研究和高功率激光技术的发展。1994年,神光-Ⅰ退役。神光-Ⅰ连续运行8年,在激光惯性约束核聚变和X射线激光等前沿领域取得了一批国际一流水平的物理成果。1994年5月18日,神光Ⅱ装置立项,工程正式启动,规模比神光-Ⅰ装置扩大4倍。

神光Ⅱ装置采用了国产高性能元器件,独立自主解决了一系列的科学技术难题,达到国际最先进的高功率固体激光驱动器水平,实现我国这一领域新的跨越。该系统由激光器系统、靶场系统、能源系统、光路自动准直系统、激光参数测量系统以及环境、质量保障等系统组成,集成了数百台套的各类激光单元或组件,在空间排成8路激光放大链,技术参数与当今世界上最先进的在运行的美国OMEGA装置相当。2000年,神光Ⅱ装置8路基频功率达到8万亿瓦,开始试运行打靶。2000年起,直接驱动获40亿中子产额,间接驱动获1亿中子产额,直接驱动冲击波压强达1.5TPa,间接驱动冲击波压强达3.7TPa。2001年8月,神光Ⅱ装置建成,总输出能量达到6千焦耳/纳秒,或8万亿瓦/100皮秒,总体性能达到国际同类装置的先进水平。

“神光Ⅱ”的数百台光学设备集成在一个足球场大小的空间内。神光Ⅱ能同步发射8束激光,在约150米的光程内逐级放大:每束激光的口径能从5毫米扩为近240毫米,输出能量从几十个微焦耳增至750焦耳/束。当8束强激光通过空间立体排布的放大链聚集到一个小小的燃料靶球时,在十亿分之一秒的超短瞬间内可发射出相当于全球电网电力总和数倍的强大功率,从而释放出极端压力和高温,辐照充满热核燃料气体的玻璃球壳,急速压缩燃料气体,使它瞬间达到极高的密度和温度,从而引发热核聚变。神光Ⅱ已实现“全光路自动准值定位”,实验中能及时纠正因震动和温度变化而带来的仪器微偏,使输出激光经聚焦后可精确穿过一个约0.3毫米的小孔,仅比一根头发丝略粗一点。

判断超短超强激光系统的性能有两个重要技术指标:一是时间尺度,二是输出功率。2004年4月,神光Ⅱ装置成功突破100万亿瓦大关,输出峰值功率达到120万亿/36飞秒。目前,国际上只有少数发达国家的著名实验钛宝石激光装置输出功率超过100万亿瓦。这意味着神光Ⅱ在1000万亿分之36秒的超短瞬间内,迸发出相当于全球电网发电总和数十倍的强大功率。这种极端物理条件,自然界中只有在核爆中心、恒星内部和宇宙黑洞边缘才能存在。上海光机所强光光学重点实验室科技人员屡屡刷新这两大指标,在不到10平方米的光学平台上创造出一次又一次“更快更强”的奇迹。2006年4月13日,神光Ⅱ装置新添的第9束激光输出能量打破纪录,较此前提高了5.8倍,第9路光束口径,由前8路的每束190毫米增至310毫米,单路能量输出达5100焦耳,离为核聚变“点火”更近一步。

神光-Ⅲ
1995年,激光惯性约束核聚变在“863计划”中立项,我国科研人员开始研制跨世纪的巨型激光驱动器——“神光-Ⅲ”装置,计划建成十万焦耳级的激光装置。2007年2月4日,中物院神光Ⅲ激光装置实验室工程举行了盛大的开工奠基仪式。该工程位于绵阳中国工程物理研究院内,建筑面积28154m2,平面布置:呈长方形布置,建筑物总长178m,总宽75m,建筑结构十分复杂。规划中的“神光-Ⅲ”装置是一个巨型的激光系统,比当前世界最大的NOVA装置还要大一倍多。原计划它具有60束强光束,紫外激光能量达60KJ,质量和精密性要达到廿一世纪的国际先进水平,现在该计划可能已经进一步修改,以提高能量规模。惯性约束聚变点火工程(2020年)被已确定为《国家中长期科学和技术发展规划》的十六项重大专项之一。


目前,神光-Ⅲ原型装置“十五”建设目标已圆满完成,达到“8束出光,脉冲-万焦耳”的水平,标志着我国成为继美、法后世界上第三个系统掌握新一代高功率激光驱动器总体技术的国家,使我国成为继美国之后世界上第二个具备独立研究、建设新一代高功率激光驱动器能力的国家。

神光Ⅲ装置是世纪之交我国历史上光学领域最宏伟的科学工程,必将全面带动相关科学技术攀登世界水平,是我国综合国力在科技领域的标志性体现,其作用和意义不亚于当年的“两弹”。这是挑战也是机遇,在王淦昌、王大珩、于敏等老一辈科学家带领下,已奋斗了三十多年,取得瞩目成果,而这只不过是序幕,需要几代人的不懈努力。根据规划,我国在2010年前后还将研制“神光IV”核聚变点火装置。

当NIF开始採用单一光束原则建造验证机时,1994到97年间进展顺利。

1998年成功设计了用于高能量氙灯的电容器库。

2003年5月,NIF就完成了第一组4条光束的雷射器,并产生10.4kJ红外线能量的试射。

2005年内又完成8组雷射器共153kJ红外线能量输出,当时就已经是地球上最高能量的雷射。

2007年1月所有主震盪器内的LRU安装完毕,控制电脑也安装成功。到了8月,96条主雷射光束全部上线理论总能量达2.5MJ,比世界最大的Nova雷射器还强40倍。

2009年1月26日,最终替换单元(LRU)安装完毕,这是NIF最后的重要组件。2009年也完成雷射定位,雷射同步,顺畅营运分析等科目操作。

2009年2月10日,全部96门雷射第一次发射出1.1MJ(百万焦耳)紫外线能量将近3ω,也击中目标室。主雷射理论上可达1.952MJ总功率。

2010年2月,测试表明,NIF已具备能力去发射1.2兆焦至1.3兆焦能量的激光脉冲去点燃聚变反应。

2010年10月上旬,NIF终于完成了其首次综合点火实验。192束激光系统向首个低温靶室发射了1兆焦的激光能量,与以前在罗切斯特大学激光器实验相比,能量提高了30倍。

2012年3月22日,NIF发射出的激光在经过最后一个聚焦透镜后,达到了2.03兆焦,在一举打破纪录的同时,也成为世界上首个2兆焦能量的紫外激光,其最终投向靶室的192束激光束射出了1.875兆焦(MJ)的能量。

2012年12月,据外媒报道称,由于技术问题美国国家点火装置,将改变发展道路,把重点放在核武器研究上。
有没有千万亿瓦我不知道,不过楼主看你ID一千万亿小蝌蚪应该是跑不掉了。
恭喜一下,不过这玩意是怎么测算出来的……
最早的拍瓦级(千万亿瓦)激光器是美国利佛莫尔国家实验室在1996年3月实现的,1.25千万亿瓦。目前拍瓦级激光器还有日本的LEFX(09年,1拍瓦10千焦)、英国Vulcan(1拍瓦1千焦)、法国PETAL(欧盟HiPER的先导项目)等。

另外这种超大功率激光在快点火上用处很大,就用多束强功率激光把燃料小球密集压缩后,然后用这个功率极大(但能量未必大)的激光在上面猛的‘扎’一下,形成点火热斑。所以这两激光不好错位对比,NIF的主光束功率是0.7拍瓦,但它的能量高达1.8兆焦。而NIF用于快点火的激光器(建设中)是10拍瓦100千焦。

这个对受控热核聚变有极大的作用
激光炮激光炮!
有大神科普下吗,离点着火,还差多远
不懂,等大神科普
如果是1万亿瓦,,,持续照射地球几天,,,会不会射穿了,,,