2025年12月18日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）与德国弗劳恩霍夫激光技术研究所（Fraunhofer ILT）正式启动ICONIC-FL国际合作项目，旨在开发能够支持聚变电站全天候运行的高能激光器系统。这一合作标志着激光聚变技术从实验室验证迈向商业化应用的关键一步。
一、合作背景：从历史性突破到技术规模化挑战
2022年12月，LLNL的国家点火装置（NIF）实现历史性突破——首次达成聚变输出能量大于激光输入能量的点火成就，能量增益达到1.5倍。这一里程碑式成果验证了惯性约束聚变（ICF）的科学可行性，但距离实际发电应用仍有巨大差距。
关键瓶颈在于：实验室单次点火无法满足未来聚变电站需求。核电站需要实现每秒约15次点火频率，这要求开发能够每秒发射数十次的高效二极管泵浦固态激光器（DPSSL）。NIF装置目前每几小时只能发射一次激光，且激光系统的电能转化效率仅约2%，距离商业化应用还有两个数量级的提升空间。
高效二极管泵浦固态激光器（DPSSL）：DPSSL二极管泵浦固体激光器（Diode Pumped Solid State Laser），又称半导体泵浦固体激光器，属于第二代新型固体激光器。其采用半导体激光二极管替代传统氪灯/氙灯作为泵浦源，具有纳秒级脉冲、高光束质量、电光转换效率高等技术特性。
二、ICONIC-FL项目：技术目标与核心挑战
ICONIC-FL（全称：International Cooperation on Next-gen Inertial Confinement Fusion Lasers，下一代惯性约束聚变激光器国际合作）项目采用"不交换代码、仅交叉验证"的创新协作模式。双方将各自独立的仿真模型应用于同一激光器设计，通过双重验证确保设计稳健性，规避数十亿美元级的昂贵技术失误。
核心技术焦点：激光放大器项目核心研究对象是激光系统的"心脏"——激光放大器。这些部件将微弱的初始脉冲放大到聚变所需的数百万焦耳能量级。激光介质由面积达40cm×40cm、厚度仅数毫米的激光玻璃或晶体板堆叠而成，运行时需通过透明冷却介质降温。
关键技术挑战包括：
热应力与光学畸变：24/7连续运行导致放大器板承受巨大热应力和光应力，引发加热效应、折射现象与像差，可能扭曲
激光束效率损失：即使微小的不可预测效应也会造成效率损失或光学元件直接损坏
冷却需求：激光介质必须使用透明液体进行冷却，才能承受高强度负载
三、合作优势：互补专长构建技术闭环
LLNL的技术积累LLNL拥有数十年高能激光技术积累，其国家点火装置（NIF）是目前世界上最大、最复杂的ICF研究装置。
NIF于2009年建成，耗资约35亿美元，可产生192束激光束，总能量达2.05兆焦耳，能够产生类似恒星内核的热与力。在国家点火装置(NIF)建设期间，现场专门设立了一条生产线，用于制造激光玻璃板。
Fraunhofer ILT的工业转化能力Fraunhofer ILT是全球DPSSL开发与工业规模化的领导者，在二极管泵浦激光器工业化方面具有独特专长。Fraunhofer ILT以36亿欧元年预算、75个研究所的资源为技术转化提供坚实支撑。
四、战略意义：为聚变能源商业化铺路
能源转型价值聚变电站有望提供全天候24/7连续运行、具备竞争力的气候中性电力，成为波动性能源的重要补充。ICONIC-FL项目的核心贡献是为该未来技术奠定数学与仿真基础，德美跨大西洋协作正在构建聚变电站激光系统的技术标准。商业化时间表根据德国聚变专家委员会发布的《激光惯性约束核聚变备忘录》，通过积极的IFE计划和强有力的国际合作伙伴关系，未来10-20年内可开发出IFE发电厂的使能技术，2045年左右建成首个IFE示范电厂。
五、技术路线：从实验室到电站的工程化路径
频率提升目标：当前NIF装置每几小时只能发射一次激光，而聚变电站需要每秒约15次点火脉冲。这要求开发高效的二极管泵浦固态激光器（DPSSL），能够每秒发射数十次。
效率优化方向：DPSSL采用半导体激光二极管替代传统闪光灯泵浦，提高电光转换效率。通过精准的波长匹配和端面泵浦技术，总体效率可提高一个数量级。
材料与冷却创新：项目将重点研究面积达40cm×40cm的大型激光玻璃或晶体板，通过透明冷却介质实现高效热管理。这些材料在连续运行过程中需承受巨大的热应力和光学应力，材料性能的优化是技术突破的关键。多片放大器。
六、全球竞争格局
ICONIC-FL项目并非孤立的努力。在全球范围内，多个国家正在加速聚变能源研究：
中国：神光系列激光装置持续发展，神光-III主机激光装置输出能量仅次于美国NIF装置
欧洲：兆焦激光器（LMJ）和欧盟超强激光构造计划（ELI）积极推进
法国Laser Mégajoule（LMJ）
俄罗斯：UFL-2M激光聚变装置将于2028年至2029年全面投入使用
七、未来展望
LLNL聚变研究负责人Tammy Ma指出："从基础研究到电站开发的过渡需要快速、稳健地开发坚固耐用的新型激光系统。Fraunhofer ILT在二极管泵浦激光器工业化规模化方面的专长对于加速我们的惯性聚变能计划至关重要。"Fraunhofer ILT的高管Constantin Häfner强调："我们正处于聚变能源发展的决定性十年。为了使惯性约束聚变充分发挥其潜力，我们需要开发出性能完美无瑕的新型激光器架构。"ICONIC-FL项目的启动，标志着人类向"人造太阳"梦想迈出了关键一步。通过跨大西洋的技术合作，聚变能源的商业化进程有望加速，为全球碳中和目标提供重要支撑。
参考链接：
- https://interestingengineering.com/energy/us-german-team-to-build-fusion-lasers
- https://www.ilt.fraunhofer.de/en/press/press-releases/2025/12-18-Fusion-ICONIC-FL-Project-LLNL.html
- https://www.163.com/dy/article/F5U6ASTI0516DOTJ.html
- https://news.qq.com/rain/a/20240814A02WCF00
- https://mp.weixin.qq.com/s?src=11×tamp=1766479171&ver=6435&signature=2Ts9y7V*vt0eNM1y3oqJ5c8GIYx2iX0dz27K8a2vZI8I0WkqegrUWLeCTE0w2qJArvhqPOaDQyIztvyVYnQNzXlfbhFf1AyAuLhmvLYIjzsM24T*vRcAcqxh**0D7rzf&new=1