1960 年激光問世不久，前蘇聯(lián)巴索夫院士、美國(guó) Nuckolls與我國(guó)王淦昌教授等著名科學(xué)家，便敏銳地意識(shí)到能夠在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)創(chuàng)造極高功率密度的激光，產(chǎn)生高溫高壓條件，誘發(fā)核聚變，并在各自所在國(guó)獨(dú)立地推動(dòng)了早期的激光聚變研究。今天，激光驅(qū)動(dòng)慣性約束聚變(inertial confinemeut fusion，ICF)研究已成為重大前沿科技領(lǐng)域，是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究 ICF 和高能密度物理(high energy density science，HEDs)無(wú)可替代的主要技術(shù)途徑，更是未來(lái)人類創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展能源的主要技術(shù)途徑之一。

ICF 實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火的基本物理特點(diǎn)為采用高功率密度的能源來(lái)加熱燃燒靶丸，使其高度壓縮實(shí)現(xiàn)燃料的自持燃燒，從而達(dá)到熱核點(diǎn)火的條件，即所謂的“勞遜判據(jù)”。高功率激光作為ICF驅(qū)動(dòng)條件具備精密可控的顯著優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)驗(yàn)室毫米空域、納秒時(shí)域尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)勞遜判據(jù)所要求的精確條件并非易事。首先，要求驅(qū)動(dòng)激光脈沖有足夠高的能量和功率，同時(shí)還要求具有高光束品質(zhì)，包括激光波長(zhǎng)、高光束質(zhì)量、高的打靶精度、精準(zhǔn)的脈沖波形和同步精度等。這些技術(shù)要求既為高功率激光技術(shù)研究和發(fā)展指明了方向，也對(duì)高功率固體激光裝置研制提出了巨大的挑戰(zhàn)。

上世紀(jì) 70年代，中國(guó)工程物理研究院于敏教授便提出，激光慣性約束聚變是一項(xiàng)非常復(fù)雜的大科學(xué)工程，涉及理論、實(shí)驗(yàn)、診斷、制靶和激光驅(qū)動(dòng)器等 5個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容和彼此之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，即“五位一體”的發(fā)展思想。

目前，ICF研究與巨型激光驅(qū)動(dòng)器總體水平已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的反映，代表一個(gè)國(guó)家在聚變科學(xué)與高能量密度科學(xué)研究領(lǐng)域的總體水平。目前，高功率激光技術(shù)研究已走過(guò)了輝煌的發(fā)展歷程，一代技術(shù)已成為歷史，二代技術(shù)已成為發(fā)展主流，三代技術(shù)嶄露頭角，預(yù)示著高功率固體激光技術(shù)發(fā)展旺盛的生命力。

上世紀(jì) 70年代起，美、中、英、法、日、俄等國(guó)相繼建造了多臺(tái)納秒脈沖寬度的釹玻璃激光裝置，能量從百焦耳級(jí)至數(shù)十千焦耳級(jí)。進(jìn)入 90年代，各發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛著手建造更大規(guī)模的裝置，高功率激光技術(shù)發(fā)展跨入了新的歷史時(shí)期。90年代中期，美國(guó)利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室(LLNL)在全面發(fā)展新一代固體激光光學(xué)材料、單元技術(shù)和先進(jìn)總體設(shè)計(jì)技術(shù)的基礎(chǔ)上，率先啟動(dòng)總投資數(shù)十億美元、為期十年的大科學(xué)工程，建造國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)。法國(guó)原子能委員會(huì)(CEA)隨即開始建造與 NIF 類似規(guī)模的兆焦耳激光裝置(LMJ)，俄羅斯也計(jì)劃于 2017年底啟動(dòng)世界上最強(qiáng)大的激光系統(tǒng) UFL-2M，將用于高能量密度物理和能源領(lǐng)域的研究。

超高超強(qiáng)短脈沖激光是高功率固體激光技術(shù)的另一個(gè)重要的方向。80年代中期發(fā)展起來(lái)的啁啾脈沖放大(CPA)技術(shù)是激光技術(shù)的新里程碑，超強(qiáng)超短脈沖激光技術(shù)在聚變快點(diǎn)火和許多交叉前沿學(xué)科以及國(guó)防應(yīng)用的牽引下迅速成為各科技強(qiáng)國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)，多臺(tái)皮秒和飛秒脈寬的拍瓦級(jí)超強(qiáng)激光裝置已經(jīng)建成或正在研制中，中物院實(shí)時(shí)開展了該技術(shù)路線下的超短超強(qiáng)脈沖激光裝置的研制。

2 高功率固體激光裝置的發(fā)展歷程

時(shí)任中物院副院長(zhǎng)的王淦昌教授于 1964年提出了“利用大能量大功率光激射器產(chǎn)生中子的建議”，得到中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所(簡(jiǎn)稱上海光機(jī)所)從事高功率激光技術(shù)研究的鄧錫銘等科學(xué)家的積極響應(yīng)，以及中國(guó)科學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)張勁夫的支持，從而初步醞釀和逐步形成了這一具有深遠(yuǎn)影響的研究領(lǐng)域。自此，我國(guó)高功率激光技術(shù)有了明確的發(fā)展方向，上海光機(jī)所是最早的研究基地，在該所的大力支持下，中物院也逐步成為了一個(gè)高功率激光技術(shù)的研究基地。

中美兩國(guó)均在上世紀(jì) 60 年代開始了應(yīng)用于ICF 的高功率激光驅(qū)動(dòng)器的研究，如圖 1 所示，在 1973年，兩國(guó)都已研制成功可用于 ICF技術(shù)研究的激光驅(qū)動(dòng)器。不幸的是，國(guó)際上在激光技術(shù)和等離子體物理諸方面不斷取得創(chuàng)新成果和重大突破的 10余年間，多方面的原因使我國(guó)的這項(xiàng)研究工作失去了重要發(fā)展期，美國(guó)在 70年代后期建成了 Argus 裝置，1978 年建造了規(guī)模更大的Shiva裝置，1982年開始建造更大功率的 Nova裝置，中國(guó)在 80年代初才開始大型激光裝置的預(yù)研工作。此時(shí)我國(guó)高功率激光技術(shù)已經(jīng)落后了美國(guó)很多。