打破国外技术封锁 激光钕玻璃项目获得国家技术发明奖二等奖

【编者按】 激光钕玻璃是激光器的“心脏”，在有“小太阳”之称的激光惯性约束聚变装置中，不可替代。激光钕玻璃连续熔炼技术被誉为美国国家点火装置七大奇迹之首，西方对我国长期禁运。
为打破国外封锁，中科院上海光机所胡丽丽团队展开10余年攻关，自主发明并建成了大尺寸激光钕玻璃连续熔炼线，实现了大尺寸磷酸盐激光钕玻璃批量生产，应用于“神光”系列装置和上海超强超短激光实验装置。由胡丽丽研究员领衔的“大尺寸高性能磷酸盐激光钕玻璃批量制造关键技术及应用”项目获2017年度国家技术发明奖二等奖。
“大尺寸高性能磷酸盐激光钕玻璃批量制造关键技术及应用”项目
本项目打破了西方发达国家对我国激光钕玻璃的技术封锁和产品禁运，满足了国家激光聚变科技重大专项等的迫切需求。累计已生产的1100余片激光钕玻璃，在神光系列装置、5拍瓦(1015W)超强超短激光器、军事及工业激光器等领域得到重要应用，效果显著，项目成果还应用于发达国家的大型钕玻璃激光装置。近三年新增销售额1.72亿元、利润2814万元，取得了显著社会和经济效益。

什么是激光钕玻璃？
激光钕玻璃是一种含有稀土发光离子——钕离子的特殊玻璃，它可以在“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”。数千片大口径高品质的激光钕玻璃在装置中，就像时刻准备一声令下迸发战斗力的“千军万马”列阵，又像人类“心脏”一样反复“搏动”和“接力”，将微不足道的激光能量放大到“小太阳”量级的能量（如图）。

上海光机所高功率激光单元技术中心主任研究员、该项目第一完成人胡丽丽，向记者介绍了该技术的发明点和在全球范围内的先进性——
胡丽丽表示，上海光机所激光钕玻璃项目团队从基础研究出发，对大尺寸激光钕玻璃批量制造涵盖的连续熔炼、精密退火、包边、检测四大关键核心技术进行了持续攻关，逐项打破国外技术封锁，自主发明并建成了具有中国特色的首条大尺寸激光钕玻璃连续熔炼线，实现了大尺寸激光钕玻璃的批量生产。
四项技术发明点包括：连续熔炼动态除羟基和杂质控制技术；激光钕玻璃稳定、可靠批量包边技术；大尺寸钕玻璃特性检测技术；大尺寸激光钕玻璃批量制造集成技术。与国际同类技术比较，参数一致性较原来技术提高2-3倍，生产效率提高10倍。项目研制过程中获得了9项授权发明专利，并制定了3个行业标准。目前，上海光机所已成为国际上首家独立掌握钕玻璃元件全流程生产技术的机构，产品核心技术指标中，4项领先国外同类产品，其余与之相当。
钕玻璃“赋能”让激光足以引发聚变反应
1焦耳的能量，可以让1瓦的灯泡正常发光1秒。1纳焦耳，只有1焦耳的十亿分之一，这个能量级别的激光，微弱得几乎无法察觉。然而，经过一两千片吸收了能量的钕玻璃“赋能”，这束微光将强大到引发聚变反应。

“钕玻璃很奇特，在氙灯的照射下，钕离子会吸收光的能量，从低能状态跃迁到高能状态。”钕玻璃项目负责人、光机所研究员胡丽丽解释，当激光穿过能量满满的钕玻璃时，就会吸收玻璃中的能量而变强，“数千片激光钕玻璃在装置中，反复为激光‘接力’，最终让激光达到科学家的需求。”
这强大的激光，可以助力科学家进行高能量密度物理基础研究，创造了激光瞬时输出功率世界纪录的浦东张江超强超短激光装置中，也用到钕玻璃阵列；激光钕玻璃也可用于聚变研究，我国的“神光”装置就是世界上性能较好的聚变“点火器”之一。
与国外技术相比 国产制备技术的主要突破与创新点
与国外技术相比，国产制备技术主要突破与创新点有：一是关键工艺一体化，攻克并集成了钕玻璃连续熔炼过程杂质控制、动态羟基去除、铂金去除、小流量大尺寸成型、无炸裂隧道窑退火等五个关键技术难点；二是配套装备自主化，自主研制了专用新型高增益包边材料、技术和成套设备，开发了多波长多光路实时包边剩余反射率比对测试、强激光辐照扫描等多项离线与在线检测技术；三是主体生产流程化，建立了完整的质量保障体系和检测标准，实现了激光钕玻璃元件全流程生产。