SGII-5PW系统在完成激光系统的前期优化后，于2017年7月成功开展了首轮物理磨合实验。该磨合实验由高功率激光物理联合实验室5PW课题组和中物院11所共同完成，实验中采用不等厚度的铜靶与激光相互作用，对20μm厚度的铜靶获得了满足ICF诊断照相需求的质子产量，质子平均能量大于7MeV（最大动能大于10MeV）。

从实验结果反推激光输出聚焦功率密度超过5×1019W/cm2，这与按照系统测量参数推算的结果相符。本轮物理实验完成大能量总发次14发，成功13发，成功率93%，能量稳定度优于5%RMS，装置运行稳定，证明了装置的可用性，在1.6PW输出上初步可以提供物理实验，满足物理实验的需求。

SGII-5PW系统为依托于SGII装置的飞秒级高功率超短脉冲激光系统，该系统采用全光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）技术，经过三级OPCPA放大器，最终实现150J/30fs的到靶激光脉冲输出。系统设计的目的是以物理实验为本，在追求高质量输出和提供物理实验的基础上，逐步完善输出功率指标，最终成为SGII装置多功能、多种脉冲组合打靶的综合性激光物理平台的有机组成部分。

今年6月，该系统已实现大于1.6PW的输出，第二级OPCPA放大器实现了33J/21fs的到靶输出能力。利用自适应光学系统（AO）闭环矫正技术，获得了大约10μm的聚焦焦斑，全口径聚焦焦点附近信噪比优于108:1量级。

课题组下一步将针对装置相关环节进行优化改进，通过进一步提高光束口径的利用率和焦斑附近的有效能量，预期可以实现1021W/cm2的聚焦功率密度。通过本轮联机和物理磨合实验，SGII-5PW已经从装置的建设向物理应用迈出了第一步，系统今后将通过多轮物理实验的磨合和性能提升，逐步进入常规运行。

图1. SGII-5PW激光系统

图2. SGII 5PW压缩器、靶室和压缩器输出的近场光斑

图3. 激光输出焦斑以及大能量下针孔相机测量结果

图4. 激光脉宽测量结果及质子记录图样

来源：上海光学精密机械研究所