激光釹玻璃
——激光器的“心臟”

2016年3月，中科院上海光學精密機械研究所(簡稱上海光機所)在上海浦東張江建設的超強超短激光裝置創造了激光瞬時輸出功率世界紀錄，這是科學家們歷時幾十年默默付出的成果，這項成果的核心材料之一是激光釹玻璃。什么是激光釹玻璃？它又是如何擔起這么重要的角色？

圖1 激光釹玻璃產品

激光釹玻璃是一種含有稀土發光離子——釹離子的特殊玻璃，它可以在“泵浦光”激發下產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，數千片大尺寸高品質釹玻璃能將種子光(焦納爾級10-9)迅速放大到小太陽量級(兆焦耳級106)，實現聚變反應。

圖2 激光釹玻璃工作原理

激光釹玻璃具有受激發射截面大、激光增益系數高、非線性折射率小等特點，多用于國防軍工、航空航天、核能等戰略性領域，由于發達國家實行技術封鎖和產品禁運，我國開始了漫長的自主技術研發道路。

圖3 激光釹玻璃應用

從1964年起，上海光機所就開始了釹玻璃的研究，并走出了干福熹、姜中宏兩位中科院院士，團隊成員目前穩定在80多人。從第一代用于高能激光系統的硅酸鹽釹玻璃，到現在用于神光系列激光聚變系統等高功率激光裝置的N31型磷酸鹽釹玻璃，整整經歷了4次技術的代際提升。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熔煉技術挑戰了光學玻璃制造極限。……