神光-Ⅲ激光装置建设项目取得重大阶段进展

在建的神光-Ⅲ激光装置是一台输出48束、三倍频激光能量达到60kJ(1ns)与180kJ(3ns)的巨型高功率固体激光驱动器,建成后其总体规模与综合性能将大于美国NO-VA和OMEGA装置,位居世界第三,亚洲第一,使我国在这一领域进入世界先进行列。作为一台超高精密的大型科学实验装置,神光-Ⅲ激光装置建设项目集成了众多的行业先进技术,是我国综合国力不断提高的具体体现。     

神光-Ⅲ主机装置成功实现60TW/180kJ三倍频激光输出北大核心CSCD

2015年9月15日,由中国工程物理研究院激光聚变研究中心承担研制的神光-Ⅲ主机装置成功完成了48束激光三倍频180kJ/3ns、峰值功率60TW的输出测试实验,标志着神光-Ⅲ主机装置已全面建成并达到设计指标,成为现有输出能力世界排名第二、亚洲排名第一的惯性约束聚变激光驱动器。     

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介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2ns三倍频激光与黑腔靶相互作用的实验。报道了采用PIN探测器阵列测量大角度受激Raman散射（SRS）角分布和采用激光卡计对背向SRS光能量积分测量的实验结果。相同实验条件下激光辐照缝靶产生的SRS光能量要强于激光与全腔靶作用产生的SRS光，小腔靶的SRS光能量要强于标准腔靶。对比长脉冲2ns及短脉冲1ns激光打靶实验结果可以看出：由于激光功率密度的下降，长脉冲激光打靶时SRS散射光能量要弱于短脉冲激光打靶。长脉冲2ns激光与标准腔靶相互作用时，等离子体堵腔比较严重。     

强光一号激光触发开关的触发系统

介绍了基于强光一号实验平台的2 MV级激光触发开关（LTGS）实验中触发系统的设计与应用情况。系统中使用了一台266 nm 四倍频Nd:YAG激光器,单次触发输出参数为80 mJ,7 ns,0.5 mrad的激光脉冲,用于触发LTGS。激光器的触发源为两台DG535脉冲发生器,联合强光一号触发信号发生装置使用,保证了激光脉冲与开关电压峰值的同步性。触发系统在自击穿电压波峰前200 ns将激光脉冲馈入开关,在充气0.2～0.3 MPa条件下均能成功触发,得到了充气0.3 MPa时触发抖动3.86 ns的结果。     

2 ns, 351 nm激光黑腔靶受激Raman散射实验研究

 介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2 ns,351 nm激光与黑腔靶相互作用的实验，报道了受激Raman散射光时间分辨谱图及能量测量的实验结果。长脉冲2 ns激光注入小腔靶（Ø700 mm×1 250 mm）时，激光辐照缝靶产生的SRS光能量是激光与全腔靶作用产生的SRS光能量的1.3倍。在2 ns激光与不同尺寸黑腔靶作用的情况下，激光辐照小腔靶产生的SRS光能量比标准腔靶(Ø800 mm×1 350 mm)产生的SRS光能量高1.6倍。由于激光功率密度下降，2 ns激光打靶SRS散射光要弱于短脉冲1 ns激光打靶，但持续时间稍长。实验结果表明：长脉冲2 ns激光与标准腔靶相互作用时，等离子体“堵腔效应”比较严重，标准腔靶尺寸不再合适。     

kJ级宽带低相干激光驱动装置

激光等离子体相互作用的不稳定性将有望通过降低高功率激光装置输出光束的相干性得到大幅缓解。利用低相干光源作为种子源,采用钕玻璃放大介质,研制成功国际首台kJ级大带宽低相干激光装置,实现了带宽13 nm、能量960 J、脉宽3～10 ns可调,相干时间仅为300 fs的大能量光脉冲输出。输出脉冲光谱匀滑无纵模结构,且谱相位随机分布,可实现脉冲波形和光谱分布的无关联精密调控。该装置不仅成功演示验证了低相干激光驱动器的单元技术及系统集成技术,同时也为激光等离子体相互作用及高能量密度物理研究提供了全新的实验研究平台。     

神光Ⅲ原型1 ns激光驱动黑腔辐射温度实验研究

在神光Ⅲ原型装置上,利用八束三倍频激光注入金柱腔靶,开展了光学高温计与软X射线能谱仪测量辐射温度的比对研究;利用功率平衡关系式,分析了神光Ⅲ原型1 ns内爆标准腔、1 ns输运腔的辐射温度与激光功率的关系,得到了两种腔靶X射线转换效率（耦合效率）约为50%—55%. 关键词： 辐射温度 冲击波 黑腔靶 激光靶耦合效率     

有限尺寸光栅压缩器设计

千焦耳高能拍瓦激光装置是实现激光惯性约束聚变“快点火”的基本技术手段。“快点火”前期基础物理实验要求：激光驱动装置输出激光脉冲的能量大于1kJ，脉冲宽度在1～10ps。而实现完全意义上的点火则需要万焦耳级的脉冲能量。激光技术上，啁啾脉冲放大（CPA）技术为实现高能、高峰值功率的激光输出提供了技术手段。然而，压缩器光栅较低的损伤阈值和较小的物理尺寸限制了快点火驱动装置的输出能量。目前，商品化介质膜光栅的损伤阈值仅约为1．2J／cm^2（ 1ps），     

高功率激光放大器反激光能流分布的模拟

从Frantz-Nodvik模型出发,采用包含弛豫作用的速率方程组,将放大器对反激光的放大当作多程放大处理,模拟计算了光路中反激光的能流分布。光路为钕玻璃放大系统,激光脉宽1.0 ns,输出能量2.5kJ。放大器剩余增益的较大差异导致光路中各个元件反激光能流密度分布显著不同。与使用1级φ70 mm棒状放大器相比,采用2级φ70 mm棒状放大器时反激光能流相对集中,具有潜在的破坏危险。     

激光与介质薄膜作用过程的等离子体诊断

本文对YAG激光诱导介质薄膜产生的等离子体采用Mach-Zehnder干涉仪及光延迟装置进行时间序列分辨多幅干涉记录,并对序列干涉图进行电子密度及等离子体冲击波速度的计算.首次得到脉宽为15ns的1.06μm激光与介质薄膜作用在150ns以内的有关结果.     

第9路片状放大器系列的研制

第9路已基本建成并投入试运行，现能输出脉宽2ns，能量1．5kJ的倍频激光，开始用作X光背光驱动源。     

飞焦级脉冲激光能量测量方法研究

为解决1 fJ～1 pJ脉冲激光能量的测量问题,提出了一种基于时域波形积分的飞焦级脉冲激光能量测量方法。该方法采用光电倍增管（PMT）获得飞焦级脉冲激光的响应信号,该微弱响应信号经放大、校准与激光脉冲时域波形积分后实现飞焦级脉冲激光能量测量。根据该方法设计了飞焦级脉冲激光能量测量装置,并分析了该装置的测量不确定度。实验表明,该装置实现了波长1 064 nm、脉冲宽度5 ns～1 s、能量范围1 fJ～1 pJ的脉冲激光光源的能量测量,测量不确定度为15.8%。     

混合加宽的宽带钕玻璃激光系统的放大特性研究

通过宽带激光脉冲放大的物理模型,以数值模拟为工具,研究分析了激光系统对不同带宽脉冲的放大能力,以及交叉弛豫时间对脉冲放大特性的影响.计算结果表明,随着带宽的增加,激光系统的输出能力逐渐降低,在其他条件相同时,宽带分别为2,5和10 nm时的输出能量比窄带输出（3000 J,1 ns脉宽）时分别减小了约2％,11％和27％;在带宽为几个纳米时完全非均匀加宽比完全均匀加宽的输出能量（3000 J,1 ns脉宽）降低了约20％;初步确定了交叉弛豫时间的范围为0—10 ns. 关键词： 激光系统 宽带激光 放大过程 交叉弛豫     

宽带钕玻璃激光的高效三次谐波转换

提出了一种新颖的宽频带钕玻璃激光三倍频技术组合激光工作模式（宽带激光与窄带激光混频）方案。数值模拟研究表明:利用窄线宽钕玻璃激光脉冲,可以缓解宽频带激光谐波转换过程中群速度失配对转换效率的影响,从而提高宽带钕玻璃激光的转换效率;并且该方案可以与目前使用成熟的双和频晶体方案结合,从而能支持目前钕玻璃激光装置能达到的最大带宽约5 nm的高效三倍频（理论上效率达约80%）。     

中能X光机触发系统

介绍了中能X光机装置触发系统研制和相关实验结果,触发系统包括主机6个支路激光开关的触发和主机放电的触发。其中6个支路的触发由6台YAG四倍频激光器完成,主机放电电触发系统由1台YAG四倍频激光器来触发。实验结果表明:每台激光器出光时间抖动σ小于等于0.3 ns,激光开关导通延迟时间约25 ns,抖动σ小于等于1.2 ns,电触发系统中激光与触发器输出电压之间的时间抖动σ为0.5 ns,匹配负载上电压大于120 kV,前沿约28 ns,脉宽150 ns。中能X光机在杆箍缩二极管负载上获得最大输出为4.2 MV/100 kA的电脉冲,电压脉冲半高宽约55 ns,输出的X射线时间抖动σ为3.4 ns。实验结果表明触发系统具备对6个支路精确调节和控制的能力,确保了中能X光机装置的高可靠性。     

PTS装置工作模式及波形调节

为了对即将建成的PTS装置的实验能力进行分析,对装置的工作模式及波形调节能力进行了分析。装置具有三种工作模式:短脉冲模式、长脉冲模式和波形调节模式。在不同的工作模式下,装置可以进行不同负载的实验研究。在基本工作模式下,在15 nH负载上输出前沿90 ns、幅值8~10 MA脉冲电流。通过电路模拟,对装置在三种工作模式下预计的负载电流输出进行了分析,短脉冲模式下装置负载电流的上升时间约90 ns,长脉冲模式时约200 ns,波形调节模式时可以达到400 ns。模拟结果表明,通过调节激光触发气体开关的触发方式和脉冲输出开关及装置其他参数,PTS装置可以输出脉冲前沿100~400 ns、波形形状在一定范围可调的强电流脉冲。     

脉冲激光作用单晶硅的等离子体光谱分析

从激光与物质相互作用理论出发,对脉冲激光作用单晶硅的热特性进行分析。建立一套实验装置,所用激光光源的波长为1 064 nm,脉宽为10 ns,重复频率为1 Hz。得到单晶硅的等离子体谱及热辐射谱,在单晶硅的光电性质基础上对其热表面损伤进行理论分析。提取380~460 nm波段的单晶硅等离子体光谱,分析了谱图中SiⅠ390.52 nm,SiⅡ385.51 nm,SiⅡ413.12 nm三条谱线的相对强度与激光输出功率密度的对应关系。     

预脉冲在毛细管快放电软x射线激光中的作用

在一台毛细管快放电软x射线激光实验装置上，在相同主脉冲条件下（电流峰值18—30kA，半周期80ns），通过观测放电产生的软x射线辐射，研究了该装置固有的高幅值（2—5kA）和外加的低幅值（10—20A）两种预脉冲，对聚乙烯毛细管和高纯度陶瓷毛细管（99.9%）放电的管壁烧蚀及等离子体状态的影响.采用装置固有的几kA预脉冲和聚乙烯毛细管，放电 过程中产生了大量的管壁烧蚀，并且这种情况下的等离子体均匀性差，没有可能获得激光输 出.而采用20A的预脉冲和高纯度陶瓷毛细管，管壁烧蚀量大大减少，预电离等离子体的均匀 性好，在这种情况下，实验上利用x射线二极管观测到了激光尖峰信号. 关键词： 预脉冲 毛细管放电 软x射线激光     

德国创自由电子激光世界纪录

德国汉堡电子同步加速器中心的自由电子激光装置（FLASH）在1000万瓦电能的作用下，创造出最短波长13．5至13．8纳米、每秒150次脉冲、每次脉冲激光能量达170微焦的自由电子激光世界新纪录．     

磷酸盐激光玻璃聚(CH3)2 Si(OC2 H5)2防潮膜

以（CH3）2Si（OC2H5）2为前驱体,采用溶胶-凝胶与有机合成相结合的方法,制得稳定性良好的涂膜液。采用旋转涂膜法在掺钕磷酸盐激光玻璃棒端面涂制防潮膜,膜层固化后透过率达96．5％,获得的膜层表面粗糙度优良,均方根表面粗糙度（RMS）为1．659nm,平均粗糙度（RA）平均为1．321nm;在激光波长1053nm,脉冲宽度1 ns条件下膜层的激光破坏闽值可达10～14 J／cm^2。经过“神光Ⅱ”高功率激光器物理实验运行,膜层使用期为五年,并且已经在我国“神光Ⅲ”原型装置上试用。