高功率激光器系统设计的综合评估

本着“精密装置”、“用户装置”、“经济装置”的激光驱动器总体设计原则，将高功率激光器的综合评估体系指标分为3大类10个指标，从而较完整的建立了高功率激光器的综合评估指标体系。并且重点分析了各指标的量化及权重分配方法。针对不同指标的原始评估值，定义了不同的无量纲规范化方法。确定权重系数的方法很多，采用较为客观科学的“已知部分权重信息下确定权重”的方法，即先给出目标权重的可能变化范围，通过优化每个方案的综合属性得到相对于每一方案的各指标目标权重，再进行各方案间的组合赋权得到最佳协调权向量。     

高功率Z-pinch装置5 MV主开关及开关区设计

 基于激光等离子体和过电压波击穿原理研制了应用于高功率“Z-pinch”装置的22级5 MV激光触发多级多通道开关，采用钳位环技术解决了狭小空间的匀场问题，过压自击穿间隙场分布不均匀度约为0.080，激光触发间隙场分布不均匀度约为0.056，由绝缘部件沿面电场强度决定的系统安全系数约为0.8。根据J.C.Martin公式和静电场分析计算结果，解决了高功率“Z-pinch”装置主开关及开关区的工程设计问题。     

化学氧碘激光远场发散角时间分辨测量

 介绍一种高功率激光远场发散角时间分辨测量的实验装置， 对千瓦级连续氧碘激光的远场发散角进行了测量，给出了实验结果，并对这些结果进行了初步分析和讨论。     

基于图像边沿特征的强激光腔镜准直处理方法

 激光束光路自动准直系统用于高功率激光装置光束精密准直。基于某激光原型装置总体对腔镜准直调整流程,针对高功率激光系统腔镜准直过程光斑图像,仿真处理并定量分析了光斑边缘特征;结合腔镜准直监测单元光传输分析,使用激光光斑边缘不同部分曲率的相似性和光斑圆形度实现了对腔镜调节的量化评估。在腔镜准直结束时圆形度指标为12.222;边缘相似度达到99.62%。     

星光Ⅱ激光装置自动控制系统的研制

星光Ⅱ激光装置是一台能够输出三种波长的高功率钕玻璃激光系统，主要用于ICF基准物理实验。详细介绍了星光Ⅱ激光装置自动控制系统的研制情况，该控制系统对我国新一代高功率固体激光驱动器控制系统的设计具有一定参考价值。     

四程放大自动准直系统数学模型研究

针对高功率激光装置四程放大系统的特点,利用矩阵光学原理,建立了四程放大准直系统的数学模型;基于此模型,设计了四程放大系统的准直调整方案;得出了近、远场偏移量与调整量关系的解析解. 关键词： 激光技术 光束准直 四程放大     

D3He爆推靶质子源优化模拟研究

为了在百kJ高功率激光装置上建立D3He质子照相平台,采用一维辐射流体程序Helios-CR对D3He爆推靶质子产生进行了模拟,综合考虑多种因素给出在百千焦高功率激光装置上开展质子照相所需要的激光和靶球建议参数。结合激光装置现有条件,分析了在1015 W/cm2左右激光强度下D3He质子产额随靶球半径、激光强度、充气压力和SiO₂球壳厚度等参数的变化规律,给出了靶球半径300 μm,内充D3He气体压强1.8 MPa,SiO₂球壳厚度3.5 μm左右等优化参数,预计此条件下D3He质子产额可达109～1010。通过模拟得到的质子产额变化规律,为质子照相平台的正式建立和实验参数选取提供了参考。     

HL—1M装置等离子体电子温度测量

在ＨＬ－１Ｍ装置上用红宝石激光９０ｏ汤姆逊散射对等离子体电子温度进行了测量,建立了激光测量等离子体电子温度的数学模型。开发了用于数据采集和处理的程序,并对实验结果进行了初步讨论和误差分析。     

成组设计在高功率激光装置中的应用

在高功率激光装置研制中首次引入成组技术概念,并以空间滤波器为例论证了在高功率激光装置的器件研制过程中实施成组设计的必要性和可行性最后讨论了计算机辅助成组设计系统(GTCAD)的组成和在高功率激光装置中具体实施过程.     

2 MV激光触发多级气体开关结构设计

高功率开关是脉冲功率装置中的重要部件。介绍了2 MV激光触发多级气体开关的设计思路，给出了开关在强光一号装置上的的静态实验和触发实验结果。实验结果表明:开关的性能基本达到设计的要求；开关在低阻抗传输线中进行实验，面临传输电荷量大的问题，传输电荷越大，将导致更多的放电产物，从而使绝缘能力下降，直接影响开关的使用寿命。     

利用集成光学技术的新型时间脉冲整形系统

通过对时间脉冲整形技术的探索，发展了一套准备应用于未来高功率激光装置的激光脉冲整形系统。在这套整形系统中，使用了通光波长1．053μm的质子交换型波导调制器。通过这套利用集成光学调制技术的整形系统，得到了脉冲起伏小于10％的整形方波光脉冲。     

高功率固体激光放大系统相位自校正方法研究

就光学元件间低频相位误差叠加提出用相关系数作为叠加相位结果的估计参量，并通过模拟计算和验证实验证明了相关系数能有效地对低频相位叠加结果进行比较估计，在此基础上就高功率固体激光放大系统中放大片的选取和安装提出了自校正方法并实现了自校正过程。     

基于有限元分析的大型固体激光器稳定性指标重分配

在大型固体激光器结构稳定性设计中,使用等概率分配方法的分配值作为光学元件稳定性设计指标常常会增加结构设计的难度,造成结构建造的巨大浪费。为此,提出了基于结构有限元分析的稳定性指标重分配方法,即将同一光路中光学元件振动响应引起靶点光束的定位误差作为各自的权重系数,采用线性加权和法对稳定性指标进行重新分配。稳定性指标重分配后,所得到的同一光路中各光学元件的安全系数相等。利用此方法对某大型固体激光装置主机装置靶区一条光路中光学元件的稳定性指标进行了重分配,得到每条光路上光学元件稳定性的安全系数均为1.229,满足结构稳定性设计要求。     

地脉动作用下主机装置靶室结构稳定性分析与评估

在大型固体激光器结构稳定性设计中,数值模拟结果是结构稳定性设计的主要依据,故数值模拟的可信度至关重要。为了评估装置稳定性计算结果的可信度,基于现代模型验证与确认技术中关于不确定性源的量化及传播分析方法、模型形式误差与预测推断的叠加方法研究,对靶球结构的最大位移响应进行了预测推断。稳定性分析中为了快速进行不确定性参数的传播和灵敏度分析,使用二次响应面模型作为代理模型,灵敏度分析结果表明模态阻尼比对靶球结构的稳定性影响更大。对关心量的稳定性预测结果表明,靶球结构最大位移响应的上界与稳定性设计指标相比,安全裕度仍大于7,说明主机装置的稳定性设计具有足够的可信度。     

高功率激光器的光谱合束技术研究北大核心CSCD

为了获得高功率激光束,提出利用双色镜对典型波长2种不同类型(脉冲、连续)的高能激光进行合束,以实现高功率高能量激光输出。通过对双色镜的热效应和合束光斑远场激光参数进行仿真分析计算,热效应仿真结果表明,在单束激光10 kW、光斑直径15 mm条件下,双色镜面型热形变量均方根值为0.004λ(λ=632.8 nm),满足光学元件面型小于0.03λ精度要求。搭建了一套基于双色镜的光谱合束系统,并分别进行了高功率连续激光与高功率连续激光、高功率连续激光与高能量脉冲激光的合束试验,合束效率高于95%。试验结果表明,光谱合束可有效应用于高能激光领域。     

ICF激光装置的任务可用性模型和分析方法

梳理任务可用度的基本模型,构建装置执行任务的过程类型和时间模型图,体现任务时限和修复时限的要求,以此给出装置单次任务可用性评价模型 ;选用曲线拟合和拟合优度检验方法,考虑修复对任务影响程度差异及其发生概率,建立装置多次任务可用性评价模型、评价方法及分析步骤,为系统地开展惯性约束聚变激光装置可用性评价提供一般模型和方法。通过对神光-Ⅲ原型装置使用可靠性数据处理和分析,验证提出的模型和分析方法的正确性和经济性。研究成果将直接应用于神光-Ⅲ主机装置的可靠性工程建设中。     

激光加载下铝材料的冲击温度测量

利用神光Ⅱ装置上搭建的用于激光冲击波实验的温度诊断系统（该系统包括高时空分辨的扫描高温计和谱时分辨的扫描高温计）,以强激光加载铝材料冲击温度的测量,获得了铝材料冲击高温辐射发光谱的高时空分辨信号图像,结合灰体辐射理论模型,计算得到了冲击波速度19.06 km/s时铝材料的冲击温度达2.95 eV,该温度与SESAME库中冲击温度接近。研究结果表明采用该测温系统能够有效诊断金属材料的冲击温度,为后续进一步获取金属材料冲击温度数据奠定了基础。     

400 mm口径平面窗口元件中频误差控制技术

针对高功率激光装置所需的大口径光学元件,进行了小工具数控抛光中频误差控制工艺研究。对数控加工过程中卷积效应对中频误差的影响进行分析,并建立了残余误差分析模型,对卷积效应所引入的残余误差进行定量分析。利用该模型对中频误差修正工艺参数进行了仿真分析,并进行了修正工艺参数实验验证,确定了全面匀滑最优化参数。在最优化工艺参数的基础上,针对大口径光学元件开展了数控抛光中频误差控制工艺实验验证,使400 mm口径平面窗口元件加工精度达到透射波前PV值为0.27,透射波前PSD1 RMS值为1.67 nm。该实验结果表明,通过400 mm口径平面窗口元件的中频PSD1控制技术研究,使窗口元件能够达到高功率激光装置对中频PSD1的指标要求。     

高功率激光近场诊断系统在线标定光源研制

针对高功率激光装置的特点，提出基于光纤激光的标准光源产生方法，以1053nm单模光纤激光为点源、以空间滤波器透镜为准直透镜获得了口径为300mm×300mm、不均匀性优于4％的均匀光源，成功实现了对神光Ⅲ原型装置近场诊断系统的在线标定。     

Wave optics simulation approach for high-power laser beam combination

A numerical wave optics approach for simulating multiplex super Gaussian beam combination in high-power laser facility is presented. The approach involves the application of a sequence of random phase screens and von Karman turbulence phase to an initial beam field and the summation of the intensity results. The analytical and numerical calculation results have been given to illustrate the properties of the resulting far-field pattern after coherent, incoherent and spatially coherent combination, and some of that are compared with experimental results. The approach can be used for modeling and evaluating applications such as high-power laser shooting that might utilize different beams combining approach.