神光-Ⅲ装置主放大系统构型及输出能力实验研究北大核心CSCD

采用神光-Ⅲ原型装置"多路放大器级联"的方式,构建了神光-Ⅲ主机装置主放大器构型验证平台。在此平台上开展了小开关隔离能力、主放大系统静态透过率、主放大系统隔离比等性能测试,并且考核了大能量发射时的主放大系统基频光输出能力。结果表明:输出基频光的平均通量达到了神光-Ⅲ主机装置的设计水平,同时验证了神光-Ⅲ主机装置主放大系统构型设计的可行性。     

神光-Ⅲ装置主放大系统构型及输出能力实验研究

 采用神光-Ⅲ原型装置“多路放大器级联”的方式,构建了神光-Ⅲ主机装置主放大器构型验证平台。在此平台上开展了小开关隔离能力、主放大系统静态透过率、主放大系统隔离比等性能测试,并且考核了大能量发射时的主放大系统基频光输出能力。结果表明：输出基频光的平均通量达到了神光-Ⅲ主机装置的设计水平,同时验证了神光-Ⅲ主机装置主放大系统构型设计的可行性。     

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。     

神光Ⅲ主机装置X光静态成像系统研制

针对神光Ⅲ主机装置的靶室结构和打靶方式要求,基于针孔成像原理,成功研制出应用于神光Ⅲ主机装置的X光静态成像系统。该系统采用模拟靶组件进行离线瞄准,并可进行在线轴向和指向调节,调节精度分别为81 m、40 m。针孔组件和滤片组件的自动更换使系统实现了真空环境下的在线快速切换和运行。同时使用有限元软件ANSYS对系统的变形与应力进行模拟分析以保证系统的可靠性。系统搭载X光CCD在神光Ⅲ主机装置上进行激光打靶考核,实验结果表明,该系统达到神光Ⅲ主机装置使用要求。     

神光-Ⅲ主机激光装置片状放大器洁净控制进展

针对神光-Ⅲ主机激光装置片状放大器的洁净控制采取了一系列有效措施。除了设计上更有利于洁净控制外,机械结构件表面残留不挥发性有机污染物也达到了低于1 mg/m2的水平。为了进一步提高放大器洁净度,进行了光照清洗。实验结果表明:神光-Ⅲ主机装置的洁净水平与美国国家点火装置接近,光照清洗时内部气溶胶等级维持在5 000~10 000之间,且绝大部分表面有机残留物在最初几发光照清洗中已被释放,从而得到一个干净的放大器腔体,减少了放大器运行时光学元件受污染和损伤的几率。     

高功率固体激光驱动器污染控制及片状放大器洁净度改进

针对高功率固体激光驱动器的安全运行,提出了覆盖驱动器建设全过程的污染控制方法,详细介绍了洁净清洗、洁净检测、洁净保护等保障污染控制效果的技术手段,并介绍了神光-Ⅲ主机装置片状放大器洁净度提升所采取的技术途径,以及片状放大器光照清洗实验中气溶胶等级随闪光灯照射次数的变化情况。实验结果表明,神光-Ⅲ主机装置的洁净水平与美国国家点火装置(NIF)接近且优于其他同类装置,洁净度的大幅提升为装置的安全运行提供了有力保障。     

激光聚变研究中心激光技术研究进展北大核心CSCD

介绍了中物院激光聚变研究中心在神光-Ⅲ主机装置建设、大口径高通量验证实验平台研制、神光-Ⅲ原型装置运行与性能提升、支撑激光驱动器建设的精密装校与洁净处理技术和精密光学检测技术、星光-Ⅲ激光装置建设、PW量级全光参量啁啾脉冲放大系统技术以及高功率波导激光技术等方面的主要研究进展情况。     

神光Ⅲ中退偏现象对系统隔离比的影响

通过离线实验指出了神光Ⅲ主机装置联机调试阶段中限制系统隔离比提高的主要因素来自于转角体结构中反射膜引入的退偏效应。从膜系理论出发建立了神光Ⅲ主机装置中的转角体结构的反射系数的计算模型,进而通过计算指出了退偏效应的主要来源是反射膜层厚度的偏差,然后通过数值计算与离线实验结果的对比确定了转角体结构中各个反射镜的反射系数。由此得到了转角体结构的总反射系数及其造成的神光Ⅲ主机装置系统隔离比的提升上限和进一步提升系统隔离比的思路。     

神光-Ⅲ主机X光双通道单分幅成像系统研制

根据神光-Ⅲ激光器的运作方式和靶室结构,成功研制出用于神光-Ⅲ激光器装置的X光双通道单分幅相机系统。该相机系统主要由针孔成像组件、MCP选通技术型分幅相机和科学型可见光CCD三部分组成,同时系统具有线下瞄准、线上三维调节的功能。系统中针孔直径为10μm,放大倍率为5,分幅相机单画幅宽度13mm,长度36mm,曝光时间0.5~10.0ns可调。在神光-Ⅲ主机装置上成功完成了对此系统的性能考核,结果表明,该系统完全能够应用于神光-Ⅲ装置上,而且与传统方式上的针孔成像组件配接X光CCD组成的成像系统相比,具有更好的信噪比和空间分辨。     

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。     

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。     

神光-Ⅲ主机装置靶场光传输系统结构设计

系统介绍了神光-Ⅲ主机装置靶场光传输系统的结构设计,光传输系统的关键性能包括稳定性、精确性及洁净性,为保证苛刻的稳定性要求,提高结构动力学稳定性的同时提出一种新的稳定性分析方法;通过设计在线可更换单元、运动学支承结构和采用低应力夹持技术实现在线精密调节和快速安装定位;同时在设计、制造和安装过程中建立洁净理念。目前安装完成的束组的测试结果表明,主机装置靶场光传输系统的结构设计满足装置设计要求。     

大型激光装置束间同步抖动的高精度测量

在多路激光组合使用的大型激光装置中,需要对不同链路输出的激光进行严格的同步控制,以获得更高能量和更高强度的激光脉冲。介绍了利用光谱干涉方法测量大型激光装置中束间同步抖动的基本原理,分析了光谱仪分辨率、束间固有同步延迟等参数对测量精度的影响。在实验上第一次基于光谱干涉方法获得了国内典型的大型激光装置(神光-Ⅲ原型装置)束间同步抖动数据。实验结果表明,神光Ⅲ原型装置的束间同步抖动优于2ps。该方法与目前常用的方法(光电管结合示波器测试方法或者条纹相机测试法)相比具有更高的精度。实验获得的结果为超高峰值功率激光相干合成技术路线和相关误差控制方案的选取提供依据。     

ICF黑腔金泡等离子体运动研究取得进展

在神光Ⅲ主机装置,利用16束激光注入黑腔产生二维柱对称、接近点火状态的等离子体环境。利用一台X光分幅相机首次获得金泡等离子体的运动演化过程和不同时刻金、充气等离子体边界的绝对位置。通过精密实验与二维辐射流体程序模拟结果比较,验证了改进模型的合理性和可靠性。     

高功率固体激光性能仿真模型

为实现高功率固体激光装置的能量平衡和功率平衡,开发了激光性能仿真模型为神光-Ⅲ原型装置的运行提供实时预测。模型能够确定系统参数设置(注入能量、注入脉冲波形和参数诊断衰减设置等)。注入能量的预测采用基于以往实验数据的放大曲线拟合方法。平顶脉冲的注入波形预测采用循环迭代算法,整形脉冲波形的预测采用增益-通量曲线法。参数诊断衰减设置是通过基于SG99光传输放大模型的全光路模拟计算实现。对原型装置的仿真表明,能量预测偏差在5%以内; 基频光束间能量分散度可控制在10%以内。模型已成为神光-Ⅲ原型装置运行仿真的有效工具。     

神光-Ⅲ激光装置建设项目取得重大阶段进展北大核心CSCD

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NOVA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。     

高功率固体激光器锥形空间滤波孔应用

锥形空间滤波孔是一种应用于高功率固体激光装置空间滤波的新型结构滤波小孔,其内部光滑的锥形结构可以有效滤除光束中的高频成分且避免等离子堵孔现象的发生。根据神光-Ⅲ主机装置结构特点,设计并加工了适用于主机装置的锥形空间滤波小孔,并开展了应用实验研究。通过与传统的平面结构滤波小孔对比可以看出,锥形小孔有效地避免了等离子体度堵孔现象,在与光束波前补偿技术配合使用条件下,保证光束顺利过孔,并成功实现了基频光7988 J的满能量输出。     

神光Ⅲ主机搭载平台双光路自动瞄准系统

神光Ⅲ主机靶室中用来搭载多种物理诊断设备(条纹相机、分幅相机等)的平台要求具有很高的定位精度和工作稳定性,能方便、可靠地实现对靶室内打靶目标的瞄准,为此设计了一种双光路自动调整与瞄准装置,其位置精度可以保证20μm范围内。搭载平台采用了一套双光路成像系统和一套三自由度运动部件构成瞄准系统。在瞄准系统中,应用视觉伺服控制技术,实现了搭载平台对打靶目标的高精度自动瞄准。搭载平台已经安装到神光Ⅲ主机装置上进行了自动瞄准精度检测,得到径向(z)和指向(x,y)的瞄准调整精度分别为14,11,12μm;实际搭载了分幅相机进行激光打靶考核验证,通过物理实验得到了X光焦斑图像,表明该自动瞄准调整系统满足工程使用要求。     

神光-Ⅱ和神光-Ⅲ原型内爆对称性实验的模型分析

内爆靶丸的X光辐射驱动对称性分析和控制能力演示是惯性约束聚变(ICF)研究最重要的课题之一, 目前国内外已展开许多实验和模拟研究.建立了一种ICF内爆对称性分析的简化模型, 利用该模型分析了神光-Ⅱ和神光-Ⅲ 原型激光装置上的内爆对称性实验. 与实验结果比较表明,计算最佳腔长与实验值基本相符;靶丸压缩变形因子计算结果也与实验测量值接近. 模型的有效性得到验证,可为即将开展的神光-Ⅲ 主机内爆对称性实验参数设计和结果分析提供参考.     

“神光Ⅲ”装置靶场结构设计

“神光Ⅲ”主机装置作为世界第三大ICF激光装置,其靶场具有光路排布复杂、物理诊断设备多和结构庞大、繁多及空间复杂等特点。如何满足靶场中数以百计的光学元件极为苛刻的微米级稳定性要求,合理设计结构空间布局保证具有百级洁净度要求光学元件的在线安装和更换,以及超大尺度铝制真空靶室、巨型钢结构光学平台一编组站等单元结构设计都是装置靶场系统结构设计的关键。我们采用靶场总体稳定性分析、三维设计及虚拟仿真技术、模块化、插件化等设计方法,完成了“神光Ⅲ”主机装置的靶场结构设计。