快点火超强激光等离子体相互作用研究

为研究惯性约束聚变（ＩＣＦ）快点火的可能性,对相对论参数范围内激光等离子体相互作用作了大力研究。用超强激光系统和“网络粒子数”（ＰＩＣ）模拟编码,研究了相对论激光自聚焦,超热电子、离子和中子产生。实验用具有１０５３ｎｍ激光波长、５０Ｊ能量和０．１～１ｐｓ脉宽的超强激光完成,激光强度为１０＾１９Ｓ／ｃｍ＾２。大多数激光批靶在具有１００ｕｍ等离子体标尺长度的等离子体条件下进行。在预等离子体内激光脉行为     

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。     

用于激光核聚变的玻璃

介绍并对比了用于高功率激光核聚变的硅酸盐、磷酸盐、氟磷酸盐掺钕玻璃;介绍了玻璃成分与光谱及激光参数的关系,以及非线性折射率和钕离子4F3/2→4I11/2能级对不同玻璃成分中的受激发射截面、荧光寿命的影响;此外还对大型激光玻璃的特殊工艺———磷酸盐激光玻璃的连续熔炼工艺、除水工艺和除铂工艺原理作了讨论。     

用于ICF固体激光驱动器的现状与发展

本文对国际上用于惯性约束聚变研究的固体激光驱动器技术的发展进行了评述；介绍了我国固体激光驱动器的发展现状及有关的重要物理实验结果；详细论述了神光Ⅱ装置的结构特点及所采用的新技术。     

用于聚变靶快速点火的过密等离子体激光穿孔和相对论电子流

用二维网格质点模拟研究了１０倍临界密度等离子体的激光穿孔和相对论电子流。当强度为Ｉ０λ＾２－１０＾２０Ｗｃｍ＾－２μｍ＾２时，经２００个激光周期后形成深为１２λ，直径为３λ通道。激光驱动的电子流携带４０％的入射激光功率。穿越过区时，通道开始时破裂成几条细丝，后来变成单一磁化喷流。     

折衍混合在长焦物镜中的应用研究

为了突破长焦物镜传统设计中的局限性,从衍射面的相位多项式出发,结合一般透镜的相位变换式,对折衍混合消像差理论进行了探讨。给出了仅使用1种材料FK1、2片型的长焦物镜系统设计结构,并将此设计结果与传统的5片型、5种材料的纯折射长焦物镜的光学性能进行了比较。结果表明,利用折衍混合能有效地校正长焦物镜的像差,极大地降低系统的重量和复杂程度,不失为长焦物镜设计的一条有效途径。     

激光等离子体X射线椭圆弯晶谱仪的设计

为了诊断0．2～2nm的激光等离子体X射线．研制了一种新型的基于时间分辨和空间分辨的聚焦型椭圆弯晶谱仪．采用两个完全相同且对称分布的通道可以同时获得谱线的空间和时间分辨率。给出了弯品谱仪的设计参数，采用了新颖的瞄准对中技术．并对光源偏离椭圆轴线造成的误差进行了分析。在“神光Ⅱ”靶室上进行打靶实验对该谱仪进行标定，利用X射线CCD相机成功地获取了谱线的图像．实验结果表明实测谱线波长与理论值吻合。     

一种新的长焦距透镜的制造方法

论述了用平行平板上盘来加工长焦距透镜的方法。这种方法可避免火漆上盘引入的透镜偏心,实验证明这种加工方法重复精度好,生产效率高,适合批量生产。     

超短脉冲激光系统中空间滤波器透镜的优化设计

在超短脉冲激光系统中,像差的存在会使焦斑能量集中度降低.为了克服系统中像差的影响,提高系统最终功率密度,分析了系统中像差的来源,并利用光线追迹方法模拟了系统光路,计算了全系统的像差,提出并设计了双分离透镜作为末级空间滤波器输出透镜进行全系统像差的补偿.实验表明,利用所设计的双分离透镜,可以有效地补偿系统色差和球差,使系统输出焦斑半径从未补偿前的8.6 μm缩小为5.7 μm,而系统的聚焦功率密度提高了8倍,改善了装置性能.     

光束路径排布对称性与光功率分布均匀性

报道了６０路激光束的入射窗在球形靶室上的经度和纬度的计算方法。以靶丸表面激光功率分布的几何均匀性为判据,分析结果表明：靶区光路排布“凸３２ 面体模型”中的不等边六边形的邻边边长比例因子为１．１４～１．２５ 时,入射光束空间排布的几何对称性达到最佳状态,直接驱动的辐照均匀性亦随之得到改善。     

一种新的用于选区激光熔化快速成型扫描路径的生成算法

在激光逐层熔化金属粉末的过程中，扫描器要做频繁的扫描运动，因此选择合理的激光扫描路径一直是此技术研究的重点问题。提出了一种称为“消隐”的扫描路径生成算法。首先依次生成每个轮廓的轮廓扫描线，由于轮廓形状可能为凸多边形也可能为凹多边形，所以在生成各轮廓的扫描线时要增加一些特殊处理操作。为了减少重复计算的次数，将截面的所有轮廓划分为一系列的单连通区域，将处理后的各轮廓的扫描线，以单连通区域为单位应用消隐法生成层扫描线。之后按照就近原则对各单连通区域内部扫描线的输出次序进行优化，即可得到分块的最终扫描线，可以直接用于加工。测试表明，此算法通用性强，生成扫描线的速度较快。     

在大气气氛下应用激光和等离子体混合方法制备氮化钛

在大气气氛下,采用连续CO2激光和氮等离子体混合法(LPN)对工业纯钛样品表面进行处理,获得了氮化钛膜层。用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)对样品的形貌和结构进行了表征,结果表明在合适的条件下可以获得满意的氮化效果。在激光功率密度2.0×105~1.0×106W/cm2,扫描速度200~1000 mm/min的区间内,激光功率密度越高,扫描速度越低,氮化效果越好。工业纯钛样品的氮化深度最佳可达80μm。在有效氮化区域内,氮含量随深度变化迅速,而在过渡区域内,氮含量变化缓慢。     

针对离焦曲面均匀辐照的连续相位板设计

提出一种针对光强接收面为离焦曲面的连续相位板(CPP)的设计方法，该方法改进了传统的Gerchberg-Saxton (GS)迭代算法，不再以焦面作为设计目标，在每一次的迭代过程中都考虑实际离焦的影响，以离焦面作为设计目标；同时为了解决曲面设计问题，提出修正重构离焦面上的目标光强函数的方法。模拟计算表明，新的连续相位板设计方法，相对于以焦面作为设计目标的传统方法，可以很好地控制离焦曲面上的焦斑轮廓，得到很高的能量集中度，可满足惯性约速聚变对束匀滑元件相位连续性、光斑包络及能量集中度的要求，较好地解决了离焦曲面上的束匀滑问题。     

提高激光束整形质量的新方法

从设计优化算法和拟合方法两方面,研究了提高二元光学元件(BOE)激光束整形性能的方法。利用盖师贝格-萨克斯通(GS)算法和平滑修正法相结合的混合算法以及改进的平滑修正法,在保持顶部均匀性的前提下提高了能量转换效率,在极坐标下得到了高质量的均匀圆光束和空心环形光束输出。研究了元件半径、采样点数和初始半径与拟合精度之间的关系。在Zemax中得到了合理的BOE相位结构,输出光束满足设计要求。     

准分子激光刻蚀可变焦光路设计研究

为了研究在准分子激光刻蚀聚合物的过程中避免经常往复更换不同大小而形状相同的掩模的实验操作,保证实验的连续性和结果的真实性和可靠性,在实验的加工系统中基于变焦距系统的原理采用引入一个变焦物镜代替原来系统中普通物镜的方法,取得了一个准分子激光刻蚀可变焦光路系统.采用ZEMAX软件设计一个可变焦物镜镜头并分析了它的成像质量.经过ZEMAX软件的模拟,结果表明,此变焦镜头成像质量基本达到要求,缩小倍率在0.15～0.24范围内可连续变化.因此,使用这个变焦物镜,在同样的实验条件下,可以采用同一片掩模而不再往复更换掩模就可蚀刻出大小不同的结构;同时由于不再经常需要中断实验过程,保证了实验结果的真实性.该技术在激光蚀刻中有很大的可行性.     

ICF固体激光驱动器前级系统中的脉冲整形

本文就国内外ＩＣＦ固体激光驱动器前级系统脉冲整形方案进行了综述,并报导了我们实验室关于脉冲整形的最新进展。     

测量Nd:YAG激光器热透镜焦距的新方法

提出一种测量大功率连续Nd：YAG激光器有效热透镜焦距的新方法。利用腔的临界稳定条件,通过测量临界稳定点的输出功率,计算出激光棒的径向和切向的热透镜焦距,以及有效平均热焦距。这种方法不需要特别的仪器,且操作简单;与探测光束法测量的偏差为士10％,要小于非稳腔法的士20％。