上光所是我國建立最早、規(guī)模最大的激光專業(yè)研究所，成立于1964年，現(xiàn)已發(fā)展成為以探索現(xiàn)代光學(xué)重大基礎(chǔ)及應(yīng)用基礎(chǔ)前沿研究、發(fā)展大型激光工程技術(shù)并開拓激光與光電子高技術(shù)應(yīng)用為重點的綜合性研究所。重點學(xué)科領(lǐng)域為：強激光技術(shù)、強場物理與強光光學(xué)、信息光學(xué)、量子光學(xué)、激光與光電子器件、光學(xué)材料等。
建所48年來，上海光機所獲得院、部級以上成果獎300多項，其中獲得國家級獎44項。“激光12號實驗裝置”、“小型化OPCPA超短超強激光裝置研究”獲國家科技進步一等獎，獲得國家二等獎的項目有18項。建成了國內(nèi)僅有、國際上也為數(shù)不多的“神光”系列高功率大型激光裝置，用于激光分離同位素的激光與光學(xué)系統(tǒng)，超短超強激光系統(tǒng)，激光原子冷卻裝置，空間全固態(tài)激光器研制平臺。在各種新型、高性能激光器件、激光與光電子功能材料的研制方面，也進入了國際先進水平，是我國現(xiàn)代光學(xué)和激光與光電子領(lǐng)域取得研究成果最多的單位之一。
上海光機所十分重視國際合作和學(xué)術(shù)交流活動，多層次、多渠道和多種形式的國際學(xué)術(shù)交流和合作研究十分活躍。多年來接待的訪問學(xué)者、科學(xué)家、企業(yè)家遍及50多個國家和地區(qū)，其中包括多名諾貝爾獎獲得者和國家元首。派往國外參加國際會議、考察和合作研究的學(xué)者每年有近百人次，已與美國、德國、英國、法國、韓國、日本等十多個國家建立了多種形式的科技合作關(guān)系。
同時，上海光機所還是國際IZEST組織的重要成員之一，并于近日參加了在美國Lawrence Livermore National Laboratory舉辦的第三屆IZEST（International Center for Zetta- Exawatt Science and Technology）會議。IZEST致力于聯(lián)合國際上各個著名的激光物理實驗室或相關(guān)研究組織，發(fā)展與應(yīng)用EW（1018W）乃至ZW（1021W）級超高強度激光。
上光所沈百飛研究員和冷雨欣研究員在會上與國際IZEST組織其他成員就EW和ZW激光技術(shù)和超強場科學(xué)前沿等開展了深入的學(xué)術(shù)交流，同時還參觀了美國國家點火裝置（NIF）的總體和各個單元模塊。
沈百飛，江蘇啟東人。1989年畢業(yè)于西安交通大學(xué)物理系， 1994年獲中國科學(xué)院上海光機所光學(xué)博士學(xué)位， 1997年晉升為研究員. 赴德國慕尼黑馬普研究院量子光學(xué)研究所(MPQ)進行28個月的訪問研究。2002年赴德國魯爾大學(xué)進行一年訪問研究， 合作者為著名華人等離子體物理專家郁明陽博士。 沈百飛研究員從事X射線激光， 高次諧波， 超短超強激光和等離子體及原子分子相互作用等方面的研究， 目前主要研究超強激光的相對論效應(yīng)和量子電動力學(xué)效應(yīng)。 1994年獲中科院院長優(yōu)秀獎；2001年獲上海市科技啟明星稱號；1999年、2002年兩度獲德國洪堡研究獎。研究方向：光學(xué)：超短超強激光物理及應(yīng)用等離子體物理：激光等離子體物理
冷雨欣，1975年6月生，1997年畢業(yè)于武漢大學(xué)物理系，2002年于8月在中科院上海光機所獲博士學(xué)位，其后留所工作至今，2005年11月被中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室聘任為研究員，其中2006年3月至2007年5月在美國華盛頓大學(xué)生物工程系做訪問學(xué)者。1、 研究內(nèi)容和研究方向：發(fā)展新一代超強超短激光并開拓其前沿應(yīng)用，主要包括進一步開拓與發(fā)展光學(xué)參量啁啾脈沖放大等新原理、新方法，探索解決創(chuàng)建超強場、高平均功率的極端超快、可調(diào)諧與新波段、激光脈沖載波包絡(luò)位相可控等的新一代超快激光條件的關(guān)鍵科學(xué)問題。并利用新一代超強超短激光開展前沿應(yīng)用研究。2、近期研究成果：開展啁啾脈沖放大關(guān)鍵單元技術(shù)研究，實現(xiàn)飛秒拍瓦級超強超短激光輸出。開展光學(xué)參量放大研究，獲得載波包絡(luò)位相穩(wěn)定的可調(diào)諧高功率超短紅外激光脈沖；開展周期量級激光脈沖壓縮研究，獲得近單周期激光脈沖壓縮輸出；等。
美國國家點火裝置詳解
美國國家點火裝置（NIF）（即激光聚變裝置）是與“神光”計劃一樣的工程，由位于美國加利福尼亞州勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室研制。該計劃自1994年開工以來延期了很多次，于1997年工程正式開始建設(shè)。該計劃建造和運行花費超過35億美元，容納NIF裝置的建筑物長215米，寬120米，相當于三個足球場。
“國家點火裝置”產(chǎn)生的激光能量將是世界第二大激光器、羅切斯特大學(xué)的激光器的60倍?？茖W(xué)家希望該激光器能模仿太陽中心的熱和壓力，用以創(chuàng)造核聚變反應(yīng)，并達到平衡點，即激光在聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的能量大于它們所消耗的能量。國家點火裝置可以把200萬焦耳的能量通過192條激光束聚焦到一個很小的點上，從而產(chǎn)生類似恒星和巨大行星的內(nèi)核以及核爆炸時的溫度和壓力。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家可以實施此前在地球上無法實施的許多試驗。
該激光聚變裝置2009年5月29日在美國加利福尼亞州北部的利弗莫爾勞倫斯國家實驗所舉行落成典禮。這一裝置能產(chǎn)生類似恒星內(nèi)核的溫度和壓力，并使美國在無需核試驗的情況下保持核威懾力。據(jù)利弗莫爾勞倫斯國家實驗所發(fā)表的新聞公報，這個激光聚變裝置名為“國家點火裝置（NIF）”，被安置在一幢占地約3個橄欖球場地的10層樓內(nèi)。
加州州長施瓦辛格在落成典禮上發(fā)表講話說，這一激光系統(tǒng)的建成是加州和美國的偉大成就，它將有可能使美國的能源結(jié)構(gòu)發(fā)生革命性變化，因為它將教會人們駕馭類似太陽的能量，使其轉(zhuǎn)變成駕駛汽車和家庭生活所需要的能源。
國家點火裝置共有3個任務(wù)：
第一個任務(wù)是讓科學(xué)家用它模擬核爆炸，研究核武器的性能情況，這也是美國建設(shè)國家點火裝置的初衷，即作為美國核武器儲備管理計劃的一部分，保證美國在無需核試驗的情況下保持核威懾力。
第二個任務(wù)是使科學(xué)家進一步了解宇宙的秘密?？茖W(xué)家可使用國家點火裝置模擬超新星、黑洞邊界、恒星和巨大行星內(nèi)核的環(huán)境，進行科學(xué)試驗。這些試驗大部分不會保密，將為科學(xué)界提供大量此前無法獲取的數(shù)據(jù)。
第三個任務(wù)是保證美國的能源安全?？茖W(xué)家希望從2010年開始借助國家點火裝置來制造類似太陽內(nèi)部的可控氫核聚變反應(yīng)，最終用來生產(chǎn)可持續(xù)的清潔能源。公報說：“國家點火裝置所產(chǎn)生的能量遠大于啟動它所需要的能量，這是半個多世紀以來核聚變研究人員一直夢寐以求的‘能量增益’目標。如能取得成功，將是有歷史意義的科學(xué)突破。”
實驗過程
先將外部激光增強10000倍，然后將一束激光分離為48束激光，再增強，進一步分離為192束激光，其總能量增加到原來能量的3000萬億倍，再聚焦到直徑為3毫米的氘氚小丸上，產(chǎn)生1億度的高溫，壓力超過1000億個大氣壓，進而引發(fā)核聚變。每束激光發(fā)射出持續(xù)大約十億分之三秒、蘊涵180萬焦耳能量的脈沖紫外光——這些能量是美國所有電站產(chǎn)生的電能的500倍還多。當這些脈沖撞擊到目標反應(yīng)室上，它們將產(chǎn)生X光。這些X光會集中于位于反應(yīng)室中心裝滿重氫燃料的一個塑料封殼上。X光將把燃料加熱到一億度，并施加足夠的壓力使重氫核生聚變反應(yīng)。釋放的能量將是輸入能量的15倍還多。這是因為激光在鏡面之間來回反射，并通過3000塊磷酸鹽玻璃，其中的鈦原子會使激光束擴大。利弗莫爾有850名科學(xué)家和工程師。另外大約有100名物理學(xué)家在那里設(shè)計實驗。NIF的問題是它的激光每幾小時只能發(fā)射一次。Mercury激光的方案已經(jīng)在計劃中。它不一定比NIF更大，它的目標是每秒鐘發(fā)射10次脈沖。
國家點火裝置建設(shè)和試運轉(zhuǎn)完成后，2010年將開始進行正式點火實驗。調(diào)試工作包括進行一系列優(yōu)化和測試實驗，以獲取點火實驗所必需的關(guān)鍵激光參數(shù)和點火靶參數(shù)。這些調(diào)試工作將在第一次點火打靶前完成。點火實驗對靶工作性能的要求主要體現(xiàn)在：力能學(xué)性能、對稱性，激波時序以及靶丸流體動力學(xué)。作為國家點火攻關(guān)項目的一部分，有關(guān)上述關(guān)鍵環(huán)節(jié)調(diào)試工作的詳細計劃和理論模擬工作目前正在進行。調(diào)試和診斷方法的研究正在現(xiàn)有的若干裝置上進行。其中包括美國羅切斯特大學(xué)激光能學(xué)實驗室的OMEGA激光裝置，桑迪亞國家實驗室的Z裝置和洛斯阿拉莫斯國家實驗室Trident激光裝置。正在開展的制靶工作由美國通用原子公司（General Atomics），勞倫斯里弗莫爾國家實驗室和洛斯·阿拉莫斯實驗室負責。
進展
勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置(NIF)取得了重要進展，目前正在開展2009年完成NIF點火的籌備工作。NIF是美國國家核安全管理局（NNSA）的庫存管理計劃的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在受控實驗室條件下，NIF將進行聚變點火和熱核燃燒實驗，實驗結(jié)果將為NNSA提供相關(guān)武器生產(chǎn)條件的實驗手段。這些條件對NNSA在不開展地下核試驗的條件下評估并驗證核武庫的工作至關(guān)重要。NIF實驗將研究武器效應(yīng)、輻射輸運、二次內(nèi)爆和點火相關(guān)的物理學(xué)機理，并支持庫存管理計劃繼續(xù)取得成功。NIF是目前世界上最大和最復(fù)雜的激光光學(xué)系統(tǒng)，用于在實驗室條件下實現(xiàn)人類歷史上的第一次聚變點火。192束矩形激光束將在30英尺的靶室中實現(xiàn)會聚，其中靶室內(nèi)含有直徑為0.44厘米的氫同位素靶丸。發(fā)生聚變反應(yīng)時，溫度可達到1億度，壓力超過1000億個大氣壓。
2012年7月5日，美國國家點火裝置(NIF)實現(xiàn)了單束激光能量打破了美國的記錄。
據(jù)美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室7月12日報告，美國國家點火裝置7月5日發(fā)射了192束激光，并使其融合成了一個激光脈沖，產(chǎn)生了500萬億瓦特峰值功率，這比美國在任何特定時刻內(nèi)使用的總電量還要高1000多倍，并且是人類歷史上發(fā)射的能量最大的激光脈沖。
擁有世界上最大激光裝置的NIF發(fā)出了192束經(jīng)過光學(xué)放大的電磁輻射發(fā)光，所有的發(fā)射都是在幾百萬億分之一秒內(nèi)進行，傳遞了500萬億瓦特(百萬兆瓦)的“峰值功率”以及1.85兆焦耳的紫外線激光。
國家點火裝置將轉(zhuǎn)向核武研究
由于技術(shù)問題，世界上最大的激光器----美國國家點火裝置，將改變發(fā)展道路，把重點放在核武器研究上。
在過去六年時間里，美國國家點火裝置(NIF)的工作人員一直致力于將192束激光集中于一個花生米大小的、裝有氫粒子的目標上。當能量為500太瓦的激光撞擊到裝有氫粒子的目標上后，會產(chǎn)生X光粒子，使得重氫原子和超重氫原子產(chǎn)生聚變，這種聚變使得少量物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫薮竽芰俊?/p>
從“國家點火計劃”這個名稱就可以看出其研究目的----“點火”，也就是使聚變產(chǎn)生同提供的激光同樣巨大的能量。美國國家點火裝置的官員稱，點火設(shè)施試驗成功將為新型電廠鋪好道路，這種新電廠將現(xiàn)實每分鐘內(nèi)爆1000個粒子。但是出現(xiàn)的技術(shù)問題使得該計劃尚未實現(xiàn)其目標，而且該計劃也于去年9月份停止。
據(jù)悉，由政府，國會和加州大學(xué)提交的報告將于11月末遞交到相關(guān)部門。 這些報告計劃將投入到點火設(shè)施的科研時間由80%壓縮到50%，而且讓國家核能安全管理局來安排點火設(shè)施的事務(wù)。國家核能安全管理局負責維護美國的核軍火庫，該部門計劃重點發(fā)展模擬核武器內(nèi)部條件的試驗，試驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將被電腦用于檢測核彈頭的可靠性。該部門之所以改用電腦檢測核武器因為是克林頓總統(tǒng)在1992年宣布了暫停美國地下核試驗。
國家核安全局國防項目副主管唐納德-庫克(Donald Cook)表示，點火試驗并沒有被放棄，但是目前需要開展其他新項目。唐納德-庫克稱：“我們現(xiàn)在不得不停止點火試驗來開始新項目，而且這個新項目需要做大量工作。”
而領(lǐng)導(dǎo)加州大學(xué)對點火設(shè)施進行檢查的物理學(xué)家羅伯特-拜爾(Robert Byer)則稱，點火試驗已經(jīng)取得了顯著進展。羅伯特-拜爾表示：“單是試驗中的激光就已經(jīng)很不錯了。”他還稱，每束激光能釋放1.85兆焦的能量，大致滿足了試驗室的預(yù)期要求，而且粒子研究工具同樣性能良好。
研究項目的變化使得美國羅切斯特大學(xué)的一位激光核聚變研究者里卡多-貝蒂(Riccardo Betti)感到擔憂，他警告稱：“他們必須確保點火試驗獲得最基本的科研投入。”
點火項目可能將繼續(xù)下去，因為眾多國會議員仍然對這個能源研究項目寄以重望。其他方面的反應(yīng)為， 美國立法者要求遞交點火項目的新計劃。政客們也做好了點火項目比預(yù)期延遲的準備，但他們需要看到該項目仍處于正確方向。議會成員稱：“點火項目不能就這樣結(jié)束了，實驗室當初保證只要有資金就有不錯的科研成果，但如果點火設(shè)施在接下來幾年時間里仍無法實現(xiàn)既定目標，那我們就不得不考慮該設(shè)施是否還具有投資價值。”
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