带有二元光学元件的可见光望远镜设计

本文讨论了可见光常规望远镜的特点及存在的问题，论述了在望远镜系统中加入二元光学元件（ＢＯＥ）的优点和设计方法。通过具体设计实例表明：混合型望远镜系统与光学性能与基本相同的常规望远镜相比，元件数目减少，且所有元件均使用Ｋ９玻璃，系统重量变轻，系统的结构简化。     

激光聚变主放大器能源系统

激光聚变驱动器要求其能源系统为闪光灯泵浦的放大器提供脉冲能量。传统的能源系统往往需要一些列独立的小型能源单元，而NIF和“神光”Ⅲ原型则采用单个模块储能高达1．6MJ和600kJ的新型能源模块。而且对激光主放大器和功率放大器只需一种规格的能源模块，这就极大地降低了硬件价格和安装费用，新型的能源模块还带有预电离／灯检查系统，其优点是多方面的。     

综合需求推动光电子学集成化

波分多路传输（ＷＤＭ）是能够使大量信息在点与点这间移动的技术。目前采用４０通道ＷＤＭ系统，不久期望有８０９６通道系统出现。随着通道数目的增多，由此而引起的光电子（ＯＥ）元件销量的增大，以及此类系统复杂性的增加，正在刺激对能使ＯＥ元件和组件大规模、低成本组装技术的需求。将ＯＥ组件的成本降低———近来对此有很大兴趣的一个方法是采用无源准直技术。此技术的基础是具有大光学模式的元件，它不是领先依靠对准激光来准确耦合到单模光纤或波导上，相反，大模式器件的准直公差可使器件被动地准确定位。在马里兰大学，研制…     

高能激光系统内光路热效应建模与仿真

高能激光系统内光路热效应是影响系统性能的重要因素,介绍了内光路中光学元件、介质气体热效应物理模型,分析了影响热效应的主要因素,并开展了热效应变化规律研究。针对光学元件,重点研究了元件吸收率、元件材料特性、光斑分布对反射镜、窗口镜、分光镜热像差的影响规律,指出吸收率主要影响热像差的大小,而元件基底材料特性和激光分布影响热像差时间和空间变化。针对介质气体,指出介质气体升温后重力引起的自然对流是影响气体热像差的主要物理因素,细致研究了热像差随时间的变化规律,介绍了降低封闭与开放式内光路介质气体热像差的措施与方法。介绍了激光仿真软件平台Easylaser多物理仿真模块,搭建了包含反射镜、窗口镜、分光镜和介质气体的内光路计算模型,通过光-热-力-控多物理耦合仿真,研究了反射镜与窗口镜、介质气体与窗口镜热像差补偿效应,给出了激光传输远场光斑特征,表明了Easylaser的多物理仿真模块具备对内光路热效应综合仿真分析能力。     

大口径单脉冲过程驱动电光开关研究进展

用于ICF研究的大型激光驱动器，为了获得高输出通量，用了大量的大口径光学元件，造价昂贵。因此，避免大口径光学元件受到损坏尤其重要。而等离子体电极普克尔盒电光开关是用晶体两侧稀薄气体放电形成的高电导率透明等离子体作电极，可以用薄晶体做到大口径，并具有低损耗、高空间均匀性、高损伤阈值，目前正在建造的几台大型激光系统都将采用其作为级间隔离和反向激光隔离的光开关。     

减少自变量与ALOPEX算法在二元光学元件设计中的应用

建立了在二元光学元件优化设计中独立自变量数目与入出射图案之间的数学关系，指出了以往将元件所有单元位相作为自变量直接进行优化的不当所在，为减少设计中计算量与得到好的设计结果提供了一条有效途径；另外，成功地将一种比模拟退火算法计算量小的优化算法－ＡＬＯＰＥＸ应用到二元光学元件的设计中来，结合这两方面，提出了一种计算量小，且抗局部极值能力强的通用二元光学元件设计方案，最后比较了多种算法的设计结果。     

石墨型高能两电极气体开关

 为大型激光装置能源模块研制了一种采用石墨电极的两电极气体开关,阐述了石墨应用于高能两电极气体开关的技术关键,对气体开关中气体间隙的最优结构进行了电场强度分析。参考美国国家点火装置(NIF)能源模块中ST-300气体开关的已知参数,对研制成功的石墨型两电极开关进行了电气特性试验,证明了石墨型气体开关能够实现峰值电流达300 kA以上,单次转移电荷量100 C以上,寿命超过1 000次,满足1.2 MJ大型激光装置能源模块的工程技术要求。     

高能闪光照相中钨球散射规律研究

 用解析法和Monte Carlo法研究了钨球闪光X光照相的散射照射量空间分布随钨球半径、系统中元件构成以及保护器件与记录平面间距的变化规律。指出散射照射量的空间分布是不均匀的，它随球半径增加而变大；保护器件是散射照射量的主要来源，增加从保护器件到记录平面的距离，可以降低散射分布不均匀性，以及有效地减少散射。     

红外焦平面探测器的读出电路

红外焦平面阵列是现代红外成像系统的关键元件 ,不论是混合式还是单片式红外焦平面阵列 ,都采用读出电路来实现信号的多路传输以减少阵列输出信号线的数目。论述了读出电路在焦平面信号传输中的作用 ;讨论了用于实现红外焦平面阵列读出电路的一些实施技术 ;提出了红外焦平面阵列读出电路今后的研究方向     

蓝牙技术在大型镜面能动磨盘加工中的应用研究

利用蓝牙无线通信方式解决大型光学镜面加工中对能动磨盘的控制。该方法利用单片机控制蓝牙模块，采用基于HCI层的单片机对蓝牙模块控制的方法及PC机端通过RS232接口连接蓝牙模块互相配合，实现PC机与能动磨盘之间的通信。单片机根据蓝牙HCI层协议对蓝牙接收和发送数据进行处理。在蓝牙传输协议的基础上给出了应用于镜面能动磨盘加工中的软硬件实现方案。该技术克服了现在使用导电环带来的易磨损、成本高的缺点，对降低加工成本，减少复杂的工业布线有很大的意义。可以替代其他镜面加工中的导电环来进行控制数据传输，也可应用在其他无线串行通信领域。     

神光-Ⅲ主机装置MJ级能源系统研制现状

介绍了神光-Ⅲ主机装置能源系统的功能要求、组成结构和设计方法,以及关键单元器件的功能要求和设计方法。该系统是片状放大器系统的重要组成部分,由6个束组共108套最大储能为1.2 MJ的能源模块组成,总储能达到110 MJ(最大130 MJ)。每套模块产生一个脉宽610μs(10%峰值)的电流脉冲,驱动10组、共20支氙灯,为片状放大器提供泵浦能量,峰值电流为0.25 MA。目前投入试运行的36套能源模块的各项电气性能指标满足设计要求,能确保片状放大器小信号增益系数达到5.0%/cm,为片状放大器提供足够的泵浦能量,满足激光器的能量需求。     

固体激光装置能源系统建模及故障分析

能源系统(PCS)为固体激光装置片状放大系统提供匹配的电脉冲泵浦能量,涉及到高压、大电流的充放电过程,在这个过程中可能发生电容器短路、高低压母排短路等灾难性故障。针对上述情况,建立了能源系统及其三种主要故障的数学模型;通过仿真计算分析了氙灯负载非线性特性对系统模型的影响,提出了加入补偿参数的修正模型,并通过实验验证了其有效性;分析了故障情况下关键元件(阻尼电感、调波电感、储能电容)的耐受能力以及保护措施。     

FANTM: First Article NIF Test Module

Designing and developing the 1.7- to 2.1-MJ power conditioning system (PCS) that power the flashlamps of the main and power amplifiers for the National Ignition Facility (NIF) lasers is one of several responsibilities assumed by Sandia National Laboratories (SNL) and Maxwell Physics International in support of the NIF Project. The NIF is currently being constructed at Lawrence Livermore National Laboratories (LLNL). The test facility that evolved over three years to satisfy the project requirements is called the First Article NIF Test Module (FANTM). It was built at SNL and operated for about 17000 shots to demonstrate component performance expectations over the lifetime of NIF. A few modules are used initially in the amplifier test phase of the project. The final NIF system requires at least 192 modules in the four capacitor bays. The paper briefly summarizes the final design of the FANTM facility and compares its performance with the predictions of circuit simulations for both normal operation and fault-mode response. Applying both the measured and modeled power pulse waveforms as input to a LLNL amplifier gain code indicates that the 20-capacitor PCS can satisfy the NIF requirement for an average gain coefficient of 5.00%/cm and can exceed 5.20%/cm with 24 capacitors     

Two case studies of cogeneration systems design and economic feasibility

Cogeneration is an ideal method of power production for applications which require both heat and power simultaneously, hence the name combined heat power (CHP). In this paper, design studies of cogeneration systems for two specific applications are presented. The results indicate the economic feasibility of such installations and how much energy can be saved, especially if the system is analysed on a long-term basis. It is shown that an essential requirement for cogeneration is the proper matching of power and heat demands.The first design study is of a combined power and heating system for a small suburban hospital which requires both steam and power for its various needs. The cogeneration system which was designed for this application consisted of a conventional turbo-charged spark ignition engine with heat exchange from its exhaust and engine cooling systems, coupled with an existing boiler. When the cogeneration system is inadequate to meet the electricity demands, the excess power would be bought from the grid supply. For an initial outlay of approximately $250,000 (1990 prices), an annual saving of $140,000 was conservatively predicted, with an internal rate of return of some 40% over 15 yr.The second design study is for the energy system of a large sugar confectionery factory with power and heat requirements, mainly for lighting, air conditioning and several manufacturing processes. The hardware which was chosenfor the cogeneration system for this case comprises a diesel engine converted for use with natural gas connected to a vertical shell and tube exhaust gas boiler. For an initial investment of approximately $700,000, an annual saving of about $130,000 (1991 prices) is predicted for a 10–15 yr project. The savings and the payback period depend on the electricity buy-back tariffs and the company's plans for future expansion.     

A conceptual design of a high-efficiency rep-rated pulsed power system for KrF laser drivers of inertial fusion energy

A conceptual design of a high efficiency, high repetition-rated (rep-rated) pulsed power system for an electron-beam (e-beam) pumped KrF laser driver for inertial fusion energy (IFE) is presented. The proposed pulsed power circuit incorporates linear induction voltage adders to charge pulse forming lines for the generation of 900 kV, 260 ns e-beamsat several Hz. This rep-rated power system meets the pulsed power requirements of the future IFE drivers that necessitate high amplifier efficiency as well as high laser energy. Received: 3 March 2000 / Published online: 16 June 2000     

强激光能源系统新型放电回路研究

 从理论上分析了强激光能源系统新型放电回路能量传输效率和氙灯能量分配均匀性问题，给出了预电离回路的实验研究结果，此外还介绍了新型大尺寸氙灯爆炸能量的测试情况。     

The Nike electron-beam-pumped KrF laser amplifiers

Nike is a recently completed multikilojoule krypton-fluoride (KrF) laser that has been built to study the physics of direct-drive inertial confinement fusion. The two final amplifiers of the Nike laser are both electron-beam-pumped systems. This paper describes these two amplifiers, with an emphasis on the pulsed power. The smaller of the two has a 20×20 cm aperture, and produces an output laser beam energy in excess of 100 J. This 20 cm Amplifier uses a single 12 kJ Marx generator to inject two 300 kV, 75 kA, 140 ns flat-top electron beams into opposite sides of the laser cell. The larger amplifier in Nike has a 60×60 cm aperture, and amplifies the laser beam up to 5 W. This 60 cm amplifier has two independent electron beam systems. Each system has a 170 kT Marx generator that produces a 670 kV, 540 kA, 240 ns Bat-top electron beam. Both amplifiers are complete, fully integrated into the laser, meet the Nike system requirements, and are used routinely for laser-target experiments     

基于多层电介质光栅光谱合成的光束质量

基于电介质光栅的光谱合成是实现高功率高光束质量激光的重要途径. 在电介质光栅的光谱合成系统中, 光栅色散效应是影响合成激光光束质量的重要因素. 本文推导了单光栅和双光栅光谱合成系统中由于光栅色散引起M²因子的变化公式; 详细讨论了这两种合成系统中单路激光线宽、单路激光光斑半径、相邻两路激光波长差、相邻两路激光间距以及光栅周期对光束质量的影响. 研究表明对于单光栅合成系统, 在合成过程中若保持光束质量M²因子的大小不变, 则单路激光带宽随光斑半径的增加而减小; 在双光栅光谱合成系统中, 在保持光束质量的前提下, 单路激光带宽可随光斑半径的增大而相应增加. 数值计算表明, 若要满足合成光束的光束质量M² ≤1.2的要求, 在单光栅系统中激光线宽需窄于亚纳米量级, 在双光栅系统中激光带宽可为亚纳米. 本文为高功率、高光束质量的光纤激光光谱合成系统的搭建提供了理论指导.     

等离子体电极电光开关驱动电源系统

 介绍了通光口径为300mm×300mm的等离子体电极电光开关驱动电源系统原理。该系统能产生时序上严格关联的两路幅值3kV、脉宽为500ms预电离高压脉冲；两路电压幅值为7kV、电流峰值为2kA的阻尼大电流、低抖动主放电脉冲；一路幅值为12kV、脉宽500ns低抖动矩形高压开关脉冲。这五路高压脉冲通过3根同轴电缆加载到充有惰性气体的纵向普克尔盒两边的阴阳电极上，对激光形成等离子体电极电光开关。     

氙灯泵浦kW级固体热容激光器电源系统

kW级固体热容激光器的电源系统由大功率高压恒流充电单元、储能单元、放电控制单元、脉冲氙灯与预燃单元、总控与测量单元等部分组成.实际应用表明,该系统已达到了单脉冲输出能量7.5 kJ,重复工作频率10 Hz的设计指标,并具有平均功率高、效率高、可靠性好等特点.