超强超短激光及其应用

　　激光脉冲峰值功率达到拍瓦级、脉冲宽度达到飞秒级的超高功率超短脉冲激光（简称“超强超短激光”）能在实验室内创造出前所未有的超强电磁场、超高能量密度和超快时间尺度综合性极端物理条件，在台式化加速器、超快化学、阿秒科学、材料科学、激光聚变、核物理与核医学、高能物理等领域具有重大应用价值，是国际科技竞争重大前沿领域之一。

　　成功研制国际最高峰值功率激光装置

　　上海光机所的超强超短激光研究在国际占据重要一席之地，目前正在承担上海超强超短激光实验装置（SULF）项目的研制工作。该项目是张江综合性国家科学中心首批启动建设的项目之一，得到国家发展改革委和上海市政府的共同支持。SULF项目以实现10拍瓦激光脉冲输出为研制目标，并将于2018年底首批建成3个用户实验终端，面向国内外高校、科研机构和企业开放，形成具有国际领先水平的综合性研究基地。最近SULF项目预研工作取得重大进展，2016年8月成功实现了5.3拍瓦、24飞秒激光脉冲输出，是当前国际最高激光脉冲峰值功率。

　　超强超短激光成功产生反物质

　　2016年初，上海光机所实验中成功观测到了正电子。这是我国首次报道利用激光产生反物质。“利用超强超短激光成功获得反物质”入选两院院士评选的2016年度“中国十大科技进展新闻”。

　　空间激光载荷研发开启新篇章

　　国际首次实现空间冷原子钟在轨验证

　　2016年9月15日，由上海光机所历时近10年研制的空间冷原子钟系统搭载“天宫二号”发射升空，空间冷原子钟发射后的在轨测试结果取得圆满成功。在微重力环境，通过科学实验验证空间冷原子钟具有实现10~16量级的天稳定度的能力，比目前的空间时间计量精度提高1~2个数量级。自发射升空后实现了空间冷原子钟长期在轨运行，在冷原子钟磁场环境的在轨测试与自动补偿等多项关键技术方面创下了世界第一，成为国际上首台发射成功并在轨运行开展科学实验的空间冷原子钟。9月30日，《科学》SCIENCE杂志在NEWS栏目专题迅速报道了该项国际领先水平的重大成果。中国空间冷原子钟取得的突破进展，也获得了NASA在内的国际同行的高度关注。

　　研制国际首个星地高速多体制相干激光通信载荷成功完成在轨测试

　　2016年8月16日，我国量子卫星“墨子号”成功发射。上海光机所研制的空间高速相干激光通信载荷搭载量子卫星发射升空。2016年12月28日至2017年1月15日，高速相干激光通信载荷开展了首轮星地双向激光通信试验。本次试验是国内首次在轨相干激光通信试验，实现了在星地链路距离1000km以上、低仰角（20度左右），下行通信速率5.12Gbps条件下，并成功进行了图像传输，图片传输清晰；同时也进行上行PPM调制直接通信，通信速率20Mbps。

　　两年前，美国航天局的一项成果“激光通信科学光学载荷试验”入选两院院士评出的2014年世界十大科技进展新闻。当时美国航天局利用激光束把一段时长37秒、名为“你好，世界！”的高清视频，只用了3.5秒就成功从国际空间站传送回地面，相当于传输速率达到每秒50兆。

　　上海光机所空间相干激光通信技术的在轨验证，标志着我国已经掌握空间相干激光通信的核心技术，具备研制星间相干激光通信载荷的能力，这将极大推动我国空间高速数据传输和组网技术的发展，为实现全球时频信息网络奠定了坚实的技术基础，也使得我国在高速相干激光通信技术研究跻身世界前列。

　　“墨子号”还有一件上海光机所研制的重要激光载荷——为量子通信科学实验提供跟瞄用的窄信标/同步激光器。“墨子号”在轨实验测试表明该激光器发挥了十分重要的作用。

　　高功率激光驱动器和钕玻璃研制

　　上海光机所作为我国激光聚变研究开拓者和重大科技专项的核心单位，目前已经形成激光驱动器的总体设计、系统集成、关键单元技术、元器件乃至关键材料的自主研发能力。

　　2016年8月，经过近十年的技术攻关，上海光机所承研的国家重大科技专项项目“神光”高功率激光驱动器升级装置通过技术验收。该激光装置的光束质量接近代表国际最高水平的美国国家点火装置（NIF）水平，纳秒三倍频运行通量是国内目前三倍频激光输出的最高通量，该装置皮秒激光系统的总体输出性能世界领先。

　　同时，上海光机所打破了国外的长期禁运封锁，在激光钕玻璃等高功率激光核心材料研制方面取得重大突破。成功实现了大尺寸高性能激光钕玻璃的连续熔炼工艺技术，成为目前国内唯一具备大尺寸高性能激光钕玻璃批量研制能力的单位，也使我国成为继美国之后第二个掌握该项高端技术的国家。“大尺寸高性能激光钕玻璃批量制造关键技术及应用”获得2016年度上海市技术发明奖“特等奖”。