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激光惯性约束聚变(简称ICF)是高功率激光技术发展起来后世界主要科技强国竞相发展的世界最前沿激光技术及应用探索。ICF装置可用于核爆模拟、高能基础物理研究，并有望用于产生清洁能源。而磷酸盐钕玻璃则是ICF装置的核心材料，其性能直接决定了ICF装置的激光输出能力与建设运行的成败。目前，世界上主要大规模ICF装置中均使用数百～数千片大尺寸(最大810mm×460mm×40mm)高性能激光钕玻璃，将激光能量由纳焦耳量级放大到兆焦耳量级。钕玻璃对于激光能量的放大能力，即激光增益性能，是ICF装置对于钕玻璃材料的选取最为核心的因素。目前全球已建成的最大规模激光聚变装置是美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（简称LLNL）的国家点火装置（简称NIF）。NIF装置中使用了两种型号的磷酸盐钕玻璃，分别为Schott公司的LG-770和HOYA公司的LHG-8。而我国目前已建成的神光-Ⅲ主机装置是全球第二大规模的激光聚变装置，其中使用的磷酸盐钕玻璃为中国科学院上海光学精密机械研究所研制的N31钕玻璃。为了满足我国即将启动的国家重大科技专项对于装置激光输出能量进一步提高的需求，急需发展具有更高激光性能的新型钕玻璃，这也是本论文所讨论的重点内容。 本论文从磷酸盐玻璃网络的统计结构模拟入手，建立了N41玻璃的数理统计模型，设计了具有更优秀非线性及化学稳定性的改进型N41玻璃;研究了在神光-Ⅱ升级装置中两种浓度的N31钕玻璃的小信号增益系数;研究了应用于神光-Ⅲ预放系统的三种浓度的N31钕玻璃棒的增益性能;研究了即将应用于我国某重大科技专项的N41型钕玻璃元件在400mm口径主放大器验证平台上的增益性能，具体内容如下: 1.采用了一种数理统计方法，将复杂无规律性的改善N41化学稳定性及低n2实验结果进行了拉曼及红外光谱的结构统计模拟，建立了化学稳定性、Tg、n2、膨胀系数的模拟模型，通过结构反演性质进行模型修正后，设计了同时满足四个设计参数的改进型N41玻璃。 2.测试了应用于神光Ⅱ系列装置93片N31型钕玻璃的小信号增益系数，结果表明，Nd2O3浓度为2.2wt％的钕玻璃平均小信号增益系数为0.0387cm-1，Nd2O3浓度为3.0wt％的钕玻璃平均小信号增益系数为0.0416cm-1，两种浓度钕玻璃不同样品间的小信号增益系数的起伏范围分别为0.86％和0.76％。根据所测定的增益值，表明N31型钕玻璃的增益起伏符合神光Ⅱ系列装置要求，为实现该装置中每一路增益性能的平衡提供了有力的保障。 3.理论分析并计算了神光-Ⅲ预放系统每一级钕玻璃放大模块的增益能力，按照工程实施方案，测试了48路激光预放系统中每一路半导体泵浦放大模块和氙灯泵浦放大模块的增益性能。测试结果显示，Φ2mm半导体泵浦放大模块的平均增益55.3倍，增益不稳定性2.82％RMS;Φ2.8mm半导体泵浦放大模块的平均增益17.75倍，增益不稳定性13.26％RMS;Φ20mm氙灯泵浦放大模块的平均增益57倍，增益不稳定性10.97％RMS;Φ40mm氙灯泵浦放大模块的平均增益7.5倍，增益不稳定性9.28％RMS;实际工程应用中，各路激光平均总增益达到2.1×109，可将注入1nJ的激光能量放大至2.1J。 4.利用大口径高通量验证实验平台(ITB)400mm单口径片状放大器系统完成N31-35钕玻璃片小信号增益系数与增益均匀性分布的在线测量，小信号增益系数达到4.95％/cm，对应增益均匀性值为1.09∶1（360mm×360mm光束口径范围内增益均匀性约为1.06∶1）。利用九块连熔钕玻璃片与九块埚熔钕玻璃片组合的方式，大口径高通量验证实验平台（ITB）实现了19.6kJ/5ns的1053nm激光输出，达到与美国点火装置（NIF）单束基本相当的水平，经过长达5年时间约1000余发次的长期考核未出现性能退化，实验验证了N31-35钕玻璃片满足了国内目前大能量高功率激光驱动装置的指标要求与长期使用要求。 5.利用400mm口径4×2-3片状放大器实验平台对可能应用于我国下一代大能量高功率激光驱动装置的大口径N31-42与N41钕玻璃片的小信号增益系数与增益均匀性分布的在线测量，在片状放大器采取泵浦结构优化的情况下，N31-42钕玻璃片小信号增益系数约为5.16％/cm; N41钕玻璃片小信号增益系数达到5.3％/cm（相同抽运条件下比目前N31-35小信号净增益系数大约5％），增益均匀性为1.085∶1（360mm×360mm光束口径范围内增益均匀性约为1.05∶1），达到与美国国家点火装置(NIF)相当的增益能力水平。相同泵浦条件下N31-42钕玻璃片增益能力相比N31-35钕玻璃片相对高约2％，N41钕玻璃片增益能力相比N31-35钕玻璃片相对高约5％。 6.利用氙灯-钕玻璃包边性能综合测试平台，在模拟XX专项主放大器氙灯放电的条件下，8片N31钕玻璃的包边经历了大于20000发次的氙灯辐照考核，2片N41钕玻璃的包边经历了大于2000发次的氙灯辐照考核。测试分析了考核后的包边剩余反射率，未发现剩余反射率升高的现象。