基于神光Ⅲ原型装置的冲击点火分解实验北大核心CSCD

冲击点火是一种新型点火方式,介绍了国内进行的冲击点火分解实验。实验结果表明:相比于方波脉冲,在冲击峰整形脉冲作用下激光与等离子体相互作用明显增强,背向散射光的份额增加,散射光谱来自于不同密度的等离子体区域。实验中也观察到了方波条件下冲击波在CH样品中的传播过程,与模拟计算结果较为符合。     

瞬时纳秒脉冲等离子体点火模式

应用高压纳秒脉冲放电技术分别产生了瞬时冷等离子体和瞬时热等离子体。在圆柱型燃烧室内进行了乙烯/空气预混气的瞬时冷等离子体和瞬时热等离子体点火实验。实验结果表明,瞬时冷等离子体放电所需的电能小于瞬时热等离子体放电。与瞬时热等离子体点火技术相比,瞬时冷等离子体点火缩短了碳氢燃料的点火延迟时间。     

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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。     

基于时间透镜系统的冲击脉冲产生与特性研究

冲击点火方案具备低点火能量阈值、高增益以及更好的流体力学稳定性等优势,已成为实现惯性约束聚变点火的核心方案之一.在冲击点火方案中,高质量的冲击脉冲是实现成功点火的必要条件.本文基于光纤环相位调制时间透镜系统,提出一种利用时域非对称相位调制结合频域线性色散补偿的方案产生对脉宽和峰值功率对比度高精度可控的冲击脉冲,并构建了理论模型,通过数值模拟详细分析了系统关键参数对冲击脉冲特性的影响.模拟结果显示,通过对斩波函数、相位调制函数、调制深度、调制频率以及啁啾补偿量等参数的组合优化设计,可以实现对冲击脉冲的脉冲宽度、脉冲上升沿以及冲击脉冲峰值功率对比度等关键性能指标高精度主动调控.这种对冲击脉冲峰值功率对比度与冲击脉冲宽度独立主动可调的新型设计思路,不仅有利于加深对激光脉冲波形操控原理的理解,而且对实验上如何获取高质量的冲击脉冲具有重要参考意义.     

基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤特性

 采用光电探测器和数字示波器检测散射光脉冲信号,研究了基频和三倍频Nd:YAG激光诱导熔石英损伤过程,给出了泵浦光和探针光的散射光光电信号;比较了基频和三倍频激光作用下熔石英烧蚀斑显微照片,并分析了其损伤机理。结果显示:在ns脉冲激光作用下,熔石英损伤均发生在泵浦激光脉冲峰值附近,且基频光作用下损伤开始时间点比三倍频作用下早;在多脉冲或高能量激光辐照下,检测到了等离子体闪光信号,等离子体闪光发生在时间延迟21 ns附近。基于Keldysh理论计算了基频光和三倍频光作用下,熔石英光致电离速率同激光强度的关系。     

基于Marx的任意极性方波脉冲电源设计北大核心CSCD

设计了一种基于Marx电路的方波脉冲电源,该电源采用磁环隔离驱动方案与全桥Marx电路相结合,实现了正极性、负极性和双极性高压方波脉冲的输出,解决了常规脉冲电源只能输出特定极性脉冲的限制。对电路的运行模式经行了理论分析,并搭建了16级实验样机。实验结果表明:在空载条件下,实现了频率1 kHz,幅值10 kV的正极性、负极性及双极性高压方波脉冲输出。其最小脉宽1μs,极性可调。该脉冲电源结构紧凑,可以实现输出电压、脉宽、脉冲极性可调。最后使用该方波脉冲电源驱动平行板介质阻挡放电反应器。结果表明:该方波脉冲电源可以作为介质阻挡放电驱动源。     

基于类噪声方波脉冲的掺铒光纤激光器

搭建了长腔"8"字型掺铒光纤激光器,并对产生的谐波锁模方波脉冲进行了实验研究.结果表明,该脉冲具有光滑的宽带光谱,示波器上显示为方波脉冲,但自相关迹证实其为类噪声脉冲,即为类噪声方波脉冲;通过调节偏振控制器和泵浦功率等激光器腔内参量,获得了高达5阶的谐波锁模类噪声方波脉冲;该类噪声方波脉冲并非可以无限增大脉冲能量,而是在一定条件下产生脉冲分裂,出现谐波锁模方波脉冲现象.     

激光脉冲参数对冲击点火的影响

针对激光脉冲参数对冲击点火的影响进行理论分析和数值模拟.首先从冲击波的产生和碰撞过程出发,理论分析冲击脉冲峰值功率、脉宽和上升沿时间对点火的影响;然后通过数值模拟,以点火时间窗口作为评价标准,验证理论分析结果.研究表明:冲击脉冲峰值功率是点火成败的关键因素之一,脉冲宽度则需达到百皮秒以提供足够的点火能量,上升沿时间在小于600 ps的情况下不会对点火造成明显影响. 关键词： 冲击点火 激光冲击脉冲 点火时间窗口     

神光Ⅲ原型装置的黑腔靶背向散射光测量技术

在惯性约束聚变研究中,为研究激光等离子体互作用产生的受激布里渊与受激拉曼散射光(SRS),基于神光Ⅲ原型装置利用新的背向散射诊断系统对真空黑腔靶与充气黑腔靶以及有无束匀滑效果情况下的散射光光谱进行了测量。实验发现,在相同条件下,充气黑腔靶SRS散射光比真空黑腔靶大,在终端光学组件中使用束匀滑效果后也能降低散射光。诊断系统记录的散射光强度及光谱的时间变化过程对研究激光等离子体相互作用提供了重要的数据支撑。     

多脉冲高能强激光对诱导Cu等离子体发射光谱的影响

用Nd:YAG脉冲激光器产生的1.064μm激光,在空气环境下作用于金属Cu诱导产生等离子体,采用ME5000改进型中阶梯光栅光谱仪获得了同一能量多次激光脉冲冲击下和不同能量激光脉冲冲击下的Cu等离子体发射光谱,分析了谱线强度与多脉冲强激光诱导次数之间的关系变化,实验表明:随着激光作用次数的不断增加,特征谱线相对强度都呈不断下降趋势,尤其是第二次和第一次相比,谱线强度下降幅度达58.87%;随着激光脉冲能量的增加,原子特征谱线的相对强度和半高全宽都迅速增强,增强趋势呈指数函数变化。     

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。     

神光Ⅲ原型全孔径背向散射测量系统研制及应用

为了测量激光与等离子体相互作用产生的散射光份额,获得黑腔耦合效率实验中的激光注入率,研制了基于神光Ⅲ原型装置的全孔径背向散射测量系统。该系统利用聚焦透镜收集散射光,通过离轴抛物面镜进行缩束,并采用二向色镜将散射光分为两个支路后分别进行受激布里渊散射和受激拉曼散射光的能量、时间过程和光谱测量。实验测量了有、无束匀滑条件下的散射光份额。结果表明,在当前实验条件下,通过束匀滑可有效降低散射光份额,提高激光注入率。     

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通过电子束辐照实验和有限元模拟研究了ITER类型面对等离子体的高纯钨材料在瞬态热冲击下的行为。在新建成的电子束实验平台EMS-60上进行了ITER等离子体发生大破裂不稳定下的模拟实验,实验中样品的基体温度为室温,脉冲宽度为1-5ms,能量负载范围是1~5MJ-m-2。实验后通过扫描电镜观察了样品的再结晶、裂纹及熔化情况,讨论了裂纹形成机理。通过有限元模拟,得出在5ms的脉冲负载下钨的裂纹阈值为1.5MJ-m-2,与实验结果符合很好。     

等离子体辅助氧化体系的分子束质谱诊断

等离子体助燃技术可以促进发动机在稀燃、低压和低温等极端条件下的点火和燃烧。全面探测燃料在等离子体作用下氧化过程的组分场对研究相关反应动力学机制有重要价值。本文设计搭建了结合介质阻挡放电反应器与光电离分子束质谱的实验平台,并对甲烷和乙烯在高压纳秒脉冲放电激励下的氧化过程进行了在线组分诊断.实验探测到离子、分子、自由基和激发态组分。对比文献中对类似等离子体辅助氧化体系的组分诊断结果,该诊断方法探测的组分更加全面。     

激光聚变快点火机理研究

对超强超短激光等离子体相互作用和快点火机理及其物理可行性进行了理论和数值模拟研究.研制了二维和二维半粒子云模拟程序,数值模拟了超强超短激光脉冲在非均匀等离子体中的传播.提出快点火穿孔速度和深度以及用于快点火的超强超短激光器的初步指标 关键词： 超强超短激光等离子体相互作用 快点火机理 粒子云模拟     

用激光点火辅助火花诱导击穿光谱技术实现铝合金的高灵敏元素分析

报道了采用激光点火辅助火花诱导击穿光谱技术分析铝合金中痕量元素时的分析行为。用低能量激光脉冲聚焦于样品表面并在放电电极之间产生等离子体来触发高压火花放电以改善火花诱导击穿光谱技术的分析行为。在当前空间几何配置下,研究得到了最佳的放电电压和储能电容等参数并在最佳实验条件下分析了样品中的铜元素,其检出限达到0.7 ppm。激光点火的辅助手段改善了火花诱导击穿光谱技术在元素分析时信号的稳定性、提高了分析精度。同时它还能够有效地降低放电电压,改善其空间分辨本领。研究表明激光点火辅助火花诱导击穿光谱技术具有灵敏度高、稳定性好以及具有较好的空间分辨本领的特点,非常适合于各种合金中的痕量元素分析。     

超强激光在均匀等离子体中的背向拉曼散射放大机制

使用等离子体背向受激拉曼散射对激光进行放大时,等离子体的密度、温度和长度都会对激光的放大效果产生影响.为了探究等离子体密度对结果的影响,本文使用一维粒子模拟程序模拟了波长为800 nm的泵浦激光入射到均匀等离子体中,等离子体密度和泵浦光光强对散射光光谱的影响.模拟结果表明,等离子体密度降低会导致散射光的波长变短,而泵浦光的光强在一定范围内降低会增加散射光中背向散射光的比例.通过分析散射光的光强和等离子体的密度,发现前向拉曼散射是等离子体密度变化的原因.模拟结果对等离子体背向受激拉曼散射放大的实验研究具有重要的指导意义.     

激光同步辐射作为阿秒X射线辐射源的特性研究

 研究了逆流相对论电子与激光脉冲相互作用获得激光同步辐射的频率上移、微分散射截面等特性。发现逆流相对论电子与短脉冲激光相互作用，可以获得阿秒X射线辐射脉冲。短脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移与长脉冲激光条件下得到的后向散射光的频率上移是完全一致的，同时发现随着入射电子初始能量的增加，散射光的准直性越来越好，后向散射光脉冲的脉宽越来越短。     

掺杂材料对激光等离子体受激布里渊散射的影响

研究了激光等离子体背向受激布里渊散射光谱及反射率。当小能量短脉冲激光入射平面靶时，激光等离子体发展不充分，受激布里渊散射光谱结构相似，受激布里渊散射的增长主要受等离于体尺度的影响，随靶材料的有效原子序数的增加，等离子体尺度变小，受激布里渊散射反射率减少。     

水介质同轴线型方波脉冲延时线

 介绍了水介质同轴型方波脉冲延时线的基本原理和基本特性参数,并对延时线传输脉冲的脉冲损耗和脉冲畸变的主要影响因素进行了理论分析。在理论分析的基础上,设计、建立了一套延迟500 ns、阻抗为12 Ω的水介质同轴线型方波脉冲延时线,并进行了初步的实验研究。实验结果表明:该延时线输入方波脉冲前沿为18 ns,输出方波脉冲前沿增加到26 ns;方波脉冲幅度损耗率为9.6%;延迟时间为476 ns。