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.     

强激光的空间整形和靶面均匀辐照技术

基于几何光学和衍射积分理论,以光楔列阵聚焦光学系统为典型实例,对强激光的空间整形和靶面均匀辐照技术作了理论分析和实验研究。     

多模光纤激光靶面辐照匀滑特性

研究了基于光纤放大网络的激光惯性约束核聚变靶面光场的均匀特性,采用透镜阵列匀滑多束多模光纤激光器集束后的光场,设计了合适的透镜阵列并进行相应的实验,获得聚焦后靶面处的极小光斑,其靶面光场顶部区域均方根(RMS)低于5%。同时实验上研究了靶面位置和集束激光器数目对匀滑效果的影响,合适的靶面位置和增加集束激光器数目能明显改善匀滑效果。     

多模光纤激光靶面辐照匀滑特性研究

研究了基于光纤放大网络的激光惯性约束核聚变的靶面光场的均匀特性,采用透镜阵列匀滑多束多模光纤激光器集束后的光场,设计了合适的透镜阵列并进行相应的实验,获得聚焦后靶面处的极小光斑,其靶面光场顶部区域RMS(Root Mean Square)低于5%。同时实验上研究了靶面位置和集束激光器数目对匀滑效果的影响,合适的靶面位置和增加集束激光器数目能明显的改善匀滑效果。     

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。     

神光Ⅱ升级装置中靶室系统的稳定性设计与分析

从提高结构稳定性的基本理论出发,给出了神光Ⅱ升级惯性约束聚变(ICF)靶室系统的初始结构方案,并利用有限元方法(FMM)对其进行模态分析,找出靶室系统初始结构的薄弱环节,进而对初始方案进行结构稳定性优化,最后对优化方案进行稳定性分析.优化与分析结果表明,当靶室的壁厚T为50 mm,靶室支脚与垂直方向夹角θ为27.2°,支脚之间布置厚度B为20 mm筋板,筋板空间距离H为120 mm时,靶室系统可以获得很好的稳定性,随机激励作用下的平移均方根值为1.425μm,满足神光Ⅱ升级装置对靶室系统的稳定性指标.     

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.     

激光聚变装置光束自动准直系统的研究进展

光束自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置,研究了光束自动准直的原理和关键技术,介绍了国外光束自动准直系统的发展状况,展望了高功率激光装置自动准直系统的未来发展趋势。     

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。     

诱导空间非相干和消衍射透镜阵列用方式束匀滑方案的腔壁辐照特性分析及优化

针对惯性约束聚变(ICF)装置中的光路排布和柱形靶腔结构,建立了基于诱导空间非相干(ISI)和消衍射透镜阵列(DLA)联用的宽带激光束匀滑方案的靶腔内光传输模型,进而开展了腔壁辐照特性的分析和优化。在基于ISI与DLA联用的宽带激光束匀滑方案中,主透镜焦距与柱形靶腔参数的匹配至关重要,否则将对不同入射角度集束在腔壁处的光斑造成不同程度的破坏,导致腔壁光斑交叉重叠,从而严重破坏腔壁辐照的均匀性。本文通过分析主透镜焦距和DLA参数等对腔壁辐照特性的影响规律,开展了宽带激光束匀滑方案的参数设计及优化,以改善腔壁辐照的均匀性。结果表明：增大主透镜焦距,可有效保持不同入射角度集束在腔壁处光斑的包络,从而减轻腔壁光斑交叉重叠的现象;合理选取DLA的子透镜数目和子透镜长短轴比例,可以提高腔壁光斑的占空比,并有效减少束匀滑所需的时间;优化内环集束的入射角度,可以避免内环与外环集束在腔壁上交叉重叠。