我國的高功率固體激光驅動器發(fā)展與激光慣性約束核聚變(ICF)研究，始于20世紀70年代初。1981～1986年建造的1012瓦兩路“神光I”裝置是我國第一臺高功率激光驅動器裝置。
神光Ⅱ裝置在神光I基礎上建設，于1989年開始論證，1994年啟動，在工程實施中經歷了兩個階段，即主體裝置工程與精密化工程。1998年精密化項目在神光Ⅱ工程逐步達標的基礎上同步開展，于2004年通過驗收，指標水平與當時國際運行中的最先進的裝置基本等同。
神光Ⅱ裝置是國內首個集物理理論、診斷、制靶、物理實驗和驅動器五位一體的綜合性ICF研究平臺，使我國成為繼美國之后第二個具備獨立研制、建設新一代高功率激光驅動器能力的國家。
神光Ⅱ裝置方案設計
神光Ⅱ研制中，首創(chuàng)提出了組合式同軸雙程片狀主放大器構型，并將其與經典主振蕩功率放大器(MOPA)相結合，構成了裝置的總體設計思想。神光Ⅱ裝置總體系統(tǒng)由前端分系統(tǒng)、預放大器分系統(tǒng)、主放大器分系統(tǒng)、終端光學分系統(tǒng)等組成。
神光Ⅱ裝置大廳實景
前端分系統(tǒng)：前端激光分系統(tǒng)的主要功能是提供可整形的1 ns的較長脈沖與另一種0.1 ns的較短脈沖，作為工程總體兩種脈沖工作模式的種子源，并實現(xiàn)多路激光高精度同步控制。
預放大器分系統(tǒng)：主要功能是提供整個放大鏈路的大部分增益，實現(xiàn)信號脈沖能量108倍的放大，采用的是經典的MOPA結構。
主激光放大器分系統(tǒng)：主要功能是實現(xiàn)8~10倍能量增益, 提供全放大鏈路80%的激光能量。該分系統(tǒng)的主要特色包括：“四束合一”的新型列陣式光路構型、國內首次采用的多程放大構型、8路主放大器輸出能量與波形平衡。
終端光學分系統(tǒng)：包含靶場系統(tǒng)、頻率轉換系統(tǒng)和傳輸聚焦組件三個主要的功能單元，適應于激光驅動器功能拓展，神光Ⅱ裝置在國內首次設計并采用的雙靶室構型，包括ICF靶室與XRL靶室，為其后研制的驅動器終端靶場所普遍采用。
神光Ⅱ裝置研制在總體技術、單元技術以及元器件等方面實現(xiàn)了眾多創(chuàng)新，主要包括：在裝置前端及預放大階段，發(fā)展了損耗調制型單縱模激光振蕩器技術、全光纖集成波導前端、時空域調控技術以及功率平衡技術等；在主放大器中，發(fā)展了組合式同軸雙程放大器技術、飽和增益角變反射率鏡(AVM)調控技術、N31號新型釹玻璃及包邊技術、自準直技術以及大口徑能量計等；在終端光學系統(tǒng)中，發(fā)展實施了雙靶場構型、大口徑磷酸二氫鉀(KDP)晶體生長與加工技術、高閾值化學防潮減反膜、三倍頻功率平衡技術、凸柱面透鏡列陣線聚焦技術以及高精度靶定位技術等。
(a) ICF靶室; (b) XRL靶室
神光Ⅱ裝置研制水平與運行成果
2004年完成神光Ⅱ裝置精密化工程, 在此之前國際上只有NOVA裝置和OMEGA裝置具備精密化的三倍頻運行能力。
在光束質量方面，實現(xiàn)基頻光聚焦70％能量（3.5DL，DL代表衍射極限），三倍頻聚焦95％能量（8DL），優(yōu)于OMEGA 裝置三倍頻聚焦95％能量（9DL）指標。
在單路最高基頻輸出能力方面，神光Ⅱ裝置單路輸出能量為882 J，在相同通光面積條件下，與OMEGA裝置的1000 J單路輸出能量處于同一水平。
在近場填充因子（FF）方面，神光Ⅱ裝置的FF達到50％~60％，與當時日本GekkoGX-Ⅱ裝置相當。
在三倍頻運行方面，神光Ⅱ裝置的轉換效率為60％(最高為67％)，超過當時Gekko GX-Ⅱ裝置的30％~50％，與OMEGA裝置水平相當。神光Ⅱ三倍頻平均功率密度為0.66 GW/cm2，最大為1 GW/cm2，均為當時OMEGA裝置的1.28倍。
神光Ⅱ裝置建成以后，每年運行發(fā)射1000次以上，主要分配在聚變物理研究、高功率激光技術與器件驗證、國際合作開放實驗研究三個方面。
神光Ⅱ裝置在2004年之前已提供正式物理實驗打靶2025發(fā)次，2004-2017年累計提供物理實驗打靶8390發(fā)次，平均成功率為91.7％。這些發(fā)次實驗在腔靶物理、內爆動力學、輻射輸運以及X射線激光等方面取得了大量有重要意義的成果。
經過最近10年的不斷發(fā)展，高功率激光物理聯(lián)合實驗室形成了以神光Ⅱ裝置為核心的激光物理綜合平臺，并不斷拓展與加強該平臺的功能，增加了神光Ⅱ升級裝置、多功能高能激光系統(tǒng)、高能皮秒拍瓦激光系統(tǒng)以及超強飛秒5 PW激光系統(tǒng)等，具備了更完善的物理實驗條件。其基本物理目標是推動我國ICF研究；其近中期目標是在腔靶物理、內爆動力學、輻射輸運、狀態(tài)方程和X射線激光等方面做出前沿探索，滿足基礎研究與國防安全建設需求；其遠期目標是為實現(xiàn)清潔聚變能源這一滿足人類未來能源需求的終極目標做出貢獻。
文章來源：中國激光 朱健強,陳紹和,鄭玉霞等
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