光谱色散平滑的实验研究

为提高国内惯性约束聚变(ICF)装置的焦斑平滑能力,在对光谱色散平滑(SSD)技术理论分析的基础上,开展相关实验并研究其平滑机制。实验结合另一种焦斑平滑技术———分布式相位板(DPP)比较分析光谱色散平滑技术应用下的焦斑均匀性的变化。实验表明,利用光谱色散平滑技术中的正弦相位调制对光谱展宽并色散后,在色散方向上的焦斑均匀性有明显改善,120μm内的光强调制被平滑,其平滑能力依赖于光谱色散平滑技术参量的选择;焦斑的低频光谱强度变化很小,但中高频光谱强度下降,焦斑质量有良好的改善,焦斑的不均匀性从40%降低到12.5%。结果还表明,光谱色散平滑技术中的关键是色循环的产生,光谱本身加宽产生的平滑作用非常有限。     

利用二维光谱色散和透镜列阵改善靶面辐照均匀性

利用二维光谱色散平滑技术和透镜列阵(LA)来改善激光驱动器中靶面的辐照均匀性.通过消衍射透镜列阵可得到包络陡峭且中小空间尺度均匀性较好的焦斑.当在光路中加入二维光谱色散平滑单元后,光束在两个互相垂直的方向发生光谱色散,多光束干涉所引起的细密条纹也将在很大程度上被抹平,如果把横向热传导平滑效应也考虑在内,高空间频率的强度波动可进一步被消除.二维理论模拟结果表明采用该方案可获得顶部平坦边缘陡峭的焦斑,而且该方案无需仔细调整靶面的位置,实际应用较方便.     

ICF中光束平滑及靶面辐照均匀性技术评述

由于激光的高强度,它成为惯性约束聚变的首选驱动器.但为实现聚变靶丸的均匀压缩,必须提高激光的辐照均匀性.分析了惯性约束聚变中实现激光光束平滑和靶面均匀辐照的几种主要技术方案的原理和方法,得出各技术手段的性能特点及适用条件.     

光谱色散和分布式相位板联用对靶面辐照均匀性的改善

通过对分布式相位板和光谱色散匀滑技术联用的模拟计算,分析了联用实验中焦斑的变化,论证了非设计采样点光强的不可控性对焦斑匀滑质量的损害。模拟结果证实了光谱色散匀滑技术对色散方向上的焦斑均匀性的改善,焦斑不均匀性由58.30%降为19.50%。通过分析焦斑不均匀性与光谱色散匀滑积分时间的关系,发现5~6个光谱色散匀滑调制周期时得到最优匀滑效果。对焦斑频谱的分析显示,光谱色散匀滑技术可以有效抑制由非设计采样点光强引入的高频成分,26.3μm内的光强调制被平滑,同时很好地保持了由分布式相位板决定的焦斑低频包络,在实验与模拟中均得到很好验证。为进一步的分布式相位板与光谱色散匀滑技术联用设计提供了理论依据。     

旋转飞行靶激光辐照参数解析求解

激光辐照参数是研究激光对飞行靶目标毁伤效应的基础,主要包括辐照中心点位置、辐照面域和功率密度分布。以激光辐照水平匀速运动和抛物线运动的旋转圆柱体靶为背景,假定激光辐照飞行靶交汇场景,给出交汇目标参数,建立激光辐照交汇模型;推导出辐照中心点位置、辐照面域和功率密度分布等辐照参数的解析表达式。仿真结果表明:辐照参数是随靶目标飞行不断变化的量;激光功率密度分布为参数不断变化的三维椭圆形高斯函数;靶目标旋转会引起辐照中心点位置和辐照面域的变化,进而对温度场分布和激光毁伤效应产生一定的影响。解析求解结果为研究激光对飞行靶的辐照效应奠定了参数基础。     

激光空间整形实现直接驱动惯性约束聚变球靶均匀辐照

在保持间接驱动光束排布结构及束数不变的条件下,通过对各路入射光横截面强度分布进行调整,消除多光束叠加后球靶表面光强大尺度的不均匀性。建立了描述球靶表面多光束叠加分布的计算机模拟平台。根据光束入射条件,计算出多束光在靶面叠加后的光强分布及其不均匀度。利用加权平均的思想,得出实现均匀强度叠加所需要的各入射光焦面强度分布状态。根据激光传输理论,计算出可实现球靶均匀辐照的进入靶室聚焦透镜之前的光电场分布。     

多色光谱色散匀滑技术参数对集束辐照特性的影响

针对惯性约束聚变装置中多色光谱色散匀滑技术在集束中的运用,提出了对电光调制器、色散光栅和连续相位板(CPP)等主要单元器件进行独立设计和优化的思路。基于这一思路,分别模拟和分析了电光调制器、色散光栅和CPP等单元器件的参数对集束辐照特性的影响。提出了优化的多色光谱色散匀滑方案参数,并仿真了束匀滑参数对激光束纵向成丝特性的影响。结果表明,通过优化不同子束的电光相位调制器和色散光栅参数,可以进一步改善靶面的辐照均匀性。当集束中各子束采用不同的CPPs时,焦斑均匀性得到有效改善,热斑比例明显降低。采用功率谱密度对激光束的光束质量进行分析,结果表明多色光谱色散匀滑方案能有效降低峰值强度,使光强分布更加均匀,从而有利于抑制激光束成丝。     

激光直接驱动聚变球靶的完全均匀辐照

通过分析球形靶面辐照不均匀度的球谐模,提出了用有限束光实现球靶完全均匀辐照的一般条件,为优化设计多光束辐照系统和评估球靶的辐照不均匀度提供了依据。文中还例举了能实现靶面完全均匀辐照的多光束系统。     

用60束,〉40KJ的OMEGA紫外激光系统进行直接驱动激光聚变实验

ＯＭＥＧＡ，这台６０束 、３５１ｎｍ、到达靶上能量超过４０ＫＪ的钕玻璃激光器，是一台适应性很强的激光装置，能用于直接和间接驱动靶，设计成用整形激光脉冲在直接驱动靶上最终能获得１％的辐照均匀性。     

高功率KrF激光性能改进及其应用

采用无阶梯诱导空间非相干技术,对6束角多路高功率KrF激光中一束激光束进行光束平滑,用前端振荡器双程放大自发辐射(ASE)作为部分相干源,此部分相干光经过4f像传递,经电子束抽运预、主放大器放大,聚焦在靶上,靶上能量30 J/40ns,靶斑300μm,分布不均匀性σ≤1.4%.此外,通常23ns前端单束类高斯型脉冲经主振荡功率放大(MOPA)后脉宽展宽为50ns,采用增益饱和开关技术,压缩脉宽经主放后得到30 J/25ns脉冲.用此单束30 J/25ns平滑光束辐照飞片,焦斑直径～300μm,采用双层飞片(50μm Kapton膜+13μm Al),单晶石英靶片,飞片飞行距离(空腔距)～160 μm,用条纹相机对飞片撞靶速度进行了测量,得到飞片速度～8 km/s,与1-D HYADES流体动力学模拟相符.计算了靶中击波压力可大于1 Mboar(100 GPa).用建立的钛宝石,KrF混合型台面紫外高强度超短脉冲(440fs)激光系统,靶面聚焦强度达到1017W/cm2.用此装置进行束靶作用超热电子研究,研制了180°电子磁谱仪,用其直接测量超热电子谱,得到超热电子温度～81 kev.并用此超短脉冲注入电子束抽运KrF预放大器与主放大器得到8 J,皮秒级超短脉冲.并研究了能量信噪比随主放输入增大而下降的规律.     

分布式相位板联合二维谱色散匀滑的实验研究

在神光II九路装置上,利用谱色散匀滑(SSD)技术结合分布式相位板(DPP)技术,研究了激光焦斑在一维、二维谱色散匀滑下的分布。结果表明,一维谱色散匀滑使焦斑的焦斑通量对比度由0.7634[均方根(RMS)]下降到0.3685(RMS),结合二维匀滑下降到0.2638(RMS);并结合各种评价方法对焦斑进行分析。实验为谱色散匀滑技术在神光II在线应用提供了参考。     

激光黑腔靶等离子体相互作用研究现状和发展趋势

综述近年来团结美国“国家点火装置”（NIF）所开展的大尺度激光腔靶等离子体相互作用研究,结合国内的研究,对抑制受激布里渊散射（SBS）减少散射光、抑制受激拉曼散射（SRS）减少超热电子、成丝（FI）以及均匀辐射方法进行了深入的分析和综述。评述了研究现状和取得的成果,还分析了该领域的发展趋势,提出了我国惯性约束聚变（ICF）等离子体研究应该注意的一些问题和建议。     

激光在物体表面涂层均匀度探测中的应用

针对物体表面涂层的不均匀情况,采用激光对物体表面进行非接触测量,它能实现对物体表面微观变化的在线检测。通过光斑对被测表面扫描,分析反射光强的变化,获得了反射光强与物体表面涂层均匀度的关系。物体表面的涂层均匀度具有随机性,对光的反射程度也有所不同,依据接收光信号的变化,用计算机仿真得到被测物体表面的形貌特征,仿真结果能反映表面涂层均匀度的变化趋势。实验表明,系统结构简单、原理直观,检测范围1～80 μm,精度小于5 μm。     

钛的ns脉冲激光氮化

报道用５ｎｓ脉冲激光通过激光气体合金化形成氮化钛的研究。通过探测发射光谱观察了氨化过程，用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了氨化层的表面形貌，激光烧蚀飞行时间质谱和Ｘ射线衍射标征了氮化层。激光脉冲起着熔化钛表面和激活氮的作用，导致钛的液相氮化。同时，也发现生成的氨化层是富Ｔｉ的，由δ－ＴｉＮ和α—Ｔｉ组成。     

惯性约束聚变激光装置系统可靠性研究

惯性约束聚变（ICF）激光装置是国家安全、能源和科学研究水平的重要标志，它的稳定运行与否对于惯性约束聚变装置的建造具有重要的决定作用。可行性作为惯性约束聚变激光装置稳定运行的最重要度量指标，表征了惯性约束聚变激光装置在使用中能保持正常工作状态或完成规定任务的能力。这种能力只能通过一系列针对惯性约束聚变激光装置的系统可靠性研究，并运用这些研究结果对惯性约束聚变激光装置实施有效的可靠性控制而得到保证。近几年来，国内外在惯性约束聚变激光装置可靠性研究方面开展了许多工作，并取得了很大进展。本文对这些进展进行了综述和分析，并提出开展下一步研究的思路。     

靶面激光光斑尺寸原位测量的研究

提供了一种简便易行的靶面激光光斑尺寸原位测量的方法。从高斯光束的横向光强分布特性出发,建立了激光烧蚀斑半径与辐照激光能量、光斑尺寸、烧蚀阈值间的关系式,模拟分析发现辐照激光光斑尺寸对烧蚀斑半径随辐照能量变化曲线有较大影响。对于脉宽为2 ms,波长为1064 nm的激光,实验测量了不同能量激光辐照下相纸烧蚀斑半径,并用推导出的关系式拟合测量数据,获得了靶面处光斑尺寸和样品烧蚀阈值。同时,也测量了不同位置处的光斑尺寸和样品烧蚀阈值,对高斯光束束腰位置和样品烧蚀阈值的光斑尺寸效应进行了验证。研究结果表明该技术结果可靠,简单高效。该技术可以为高能激光与固体物质相互作用的基础研究和激光加工等应用领域中实现简单方便地测量靶面光斑尺寸提供帮助。