神光Ⅲ主机通用诊断搭载平台的研制

 神光Ⅲ主机通用诊断搭载平台提供各种诊断系统送进和收回的搭载功能,便于诊断系统的拆装和维护保养,同时提供精确的径向、指向瞄准能力,能将诊断系统送至靶室内指定位置,并且能在不破坏靶室真空的状态下安装、调试和维护诊断系统。将通用诊断搭载平台安装在神光Ⅲ原型装置上进行精度检测,得到其真空状态下的径向、X和Y方向指向定位精度分别为36,13,8 μm,全行程的径向复位精度、X和Y方向指向复位精度分别达到20,30,12 μm。搭载分幅相机诊断包进行激光打靶考核,实验结果表明:其指向瞄准精度、真空性能、接口等均满足使用要求,并具备了对抗强电磁干扰与辐射的能力。     

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装置用搭载平台高准确度自动瞄准方法

为了实现搭载平台对打靶目标的高准确度定位瞄准,提出了一种基于视觉伺服的瞄准方法.定义视觉系统中的脱靶量与投影矩阵,并用投影矩阵计算脱靶量,使得计算值接近于真值;再使用三自由度混联机构运动模型,提高姿态调节准确度;最后,通过投影矩阵与运动模型优化视觉伺服策略,使得整个瞄准过程得到很大简化,不需较准视觉系统即可进行自动瞄准.将搭载平台安装到神光装置上进行自动瞄准准确度检测,得到其瞄准准确度为:X方向11μm,Y方向12μm,Z方向14μm.搭载条纹相机进行激光打靶考核验证,得到了物理实验过程的完整数据,表明该瞄准方法满足工程使用要求.     

束靶耦合传感器光学及机械设计

利用共轭原理设计了用于惯性约束聚变的束靶耦合传感器,不仅解决高精度打靶,同时避免模拟准直光在瞄准过程中直接辐照实验靶。根据束靶耦合传感器的设计功能和工作原理,进行系统的光学设计和机械结构设计,通过成像实验采集的图像光学分辨力达到6 m,束靶耦合精度8.8 m。该束靶耦合传感器已经成功应用于神光-Ⅲ原型装置,通过针孔相机采集的四孔CH靶图像,统计计算得到装置的打靶精度优于25 m,满足设计打靶的束靶耦合精度的指标。     

神光Ⅱ升级装置X光针孔相机研制

针孔相机是激光焦斑及打靶瞄准精度监测的主要工具。针对神光Ⅱ升级装置开展针孔相机的研制工作。通过各项参数和结构的优化设计,完成神光Ⅱ升级装置针孔相机诊断系统的设计、研制和集成调试,并进行性能测试实验。结果表明:针孔相机探测能区到达1.0～5.5 keV,空间分辨力优于20 m,放大倍率5.13～9.99。针孔相机可用于神光Ⅱ升级装置开展激光焦斑及打靶瞄准精度监测工作。     

图像处理在光路自动准直系统中的应用

光路自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置中的光束自动调整。图像处理是光路自动准直的关键技术之一。针对神光Ⅲ原型装置,结合阈值化、重心法、中值滤波和圆拟合等多种不同的图像处理方法设计了一套合理的准直方案,并且在模拟实验平台上进行了实验验证。实验结果表明,光路自动准直系统能够在15min之内顺利完成光路的自动调整,光束近场调整精度优于近场光斑的±0.5%,光束远场调整精度≤±0.3″,满足了原型装置的总体要求。     

神光Ⅲ核心Ⅹ射线分幅相机

神光Ⅲ装置核心Ⅹ射线分幅相机将用于激光装置性能验收实验和宽范围的高能量密度物理、惯性约束聚变物理及基础物理实验研究.相机系统主要为记录神光Ⅲ装置靶的时间分辨X射线发射设计,利用可更换的鼻椎实现具有二维空间分辨或者一维谱分辨的靶形貌时间分辨图像.神光Ⅲ装置核心X射线分幅相机将被嵌入到一个铝制空气包中,空气包具有大容量冷却平板和一个特制的环境监测传感器阵列.相机设计很多部分不同于早期X射线分幅相机,如一套全新的阻抗匹配方案,曝光时间从0.07-1.5 ns可调,先进的荧光屏,脉冲屏压电路,准确的模块定位,独特的监控系统和完全远程计算机控制.其中先进的荧光屏和脉冲屏压电路已经获得初步应用.     

X射线分幅相机电脉冲时标方法研究

在神光II装置上,利用选通脉冲与激光脉冲在示波器上的时间关联建立了一套X射线分幅相机的时间定标方法.以激光打靶的第一分幅像为定标点,由对应的电脉冲关系得到定时的基准.采用四路260 J、1 ns、0.35 μm的激光打击镀金球靶的分幅照相,确定了X射线发射在MCP微带线上的基准点,时标准确度为50 ps.在惯性约束聚变背光照相实验中,该时标系统得到成功应用.     

X射线分幅相机电脉冲时标方法研究

在神光II装置上,利用选通脉冲与激光脉冲在示波器上的时间关联建立了一套X射线分幅相机的时间定标方法.以激光打靶的第一分幅像为定标点,由对应的电脉冲关系得到定时的基准.采用四路260 J、1 ns、0.35 μm的激光打击镀金球靶的分幅照相,确定了X射线发射在MCP微带线上的基准点,时标准确度为50 ps.在惯性约束聚变背光照相实验中,该时标系统得到成功应用.     

神光Ⅱ第九路光路自动准直系统研究

光路自动准直系统应用于惯性约束聚变的高功率激光装置中。针对神光Ⅱ第九路装置,设计了一套可行的准直方案,并在装置上进行了实验。实验结果表明,自动准直系统能够在15minSq顺利完成光路的自动调整,小口径近场调整准直精度小于±0．5mm,大口径近场调整准直精度小于±1．0mm,远场准直精度小于±1”,满足了装置的设计要求。     

多程放大系统总体光路的稳定性研究

 根据打靶精度要求分解系统的稳定性指标,利用光线追迹并通过三维矩阵与代数运算相结合的方法,开发了分析多程放大系统总体光路稳定性的仿真软件。针对神光-Ⅲ原型装置的总体光路的数学模型,完成了各单个元件稳定性对打靶弹着点的影响的模拟计算。     

4程放大光路自动准直系统研究

 激光束光路自动准直系统用于神光 Ⅲ原型装置光束精密准直。针对神光-Ⅲ原型的总体要求和主光路，结合光路自动准直的关键技术，充分考虑了其4程放大主空间滤波器的4个小孔空间分布和光学位置的特点，利用小孔像传递的原理，设计出一套优化、合理的4程放大的光路准直总体方案，并且在多程放大实验平台上得到了充分的验证和考核。     

基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪

 介绍了基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)的系统结构和实验结果,详细阐述了为解决VISAR系统的光路对接调试、干涉仪零程差状态保持、探针激光方式、条纹相机触发时间等问题而采取的特殊手段。对系统性能进行了测试,结果表明:时间分辨力优于30 ps,空间分辨力优于10 μm,测速范围为10~50 km·s^-1。通过神光Ⅲ原型装置进行打靶实验,结果表明:该系统能获得透明材料中冲击波作用形成的清晰干涉条纹,能依据条纹分布情况来判断冲击波在空间不同位置的作用情况。对双灵敏度结构获得的两幅条纹图像进行处理,计算得到了冲击波在透明材料中的传播速度为36.5 km·s^-1。     

神光Ⅲ核心X射线分幅相机(英文)

神光III装置核心X射线分幅相机将用于激光装置性能验收实验和宽范围的高能量密度物理、惯性约束聚变物理及基础物理实验研究.相机系统主要为记录神光III装置靶的时间分辨X射线发射设计,利用可更换的鼻椎实现具有二维空间分辨或者一维谱分辨的靶形貌时间分辨图像.神光III装置核心X射线分幅相机将被嵌入到一个铝制空气包中,空气包具有大容量冷却平板和一个特制的环境监测传感器阵列.相机设计很多部分不同于早期X射线分幅相机,如一套全新的阻抗匹配方案,曝光时间从0.07-1.5ns可调,先进的荧光屏,脉冲屏压电路,准确的模块定位,独特的监控系统和完全远程计算机控制.其中先进的荧光屏和脉冲屏压电路已经获得初步应用.     

神光III核心X射线分幅相机

神光III装置核心X射线分幅相机将用于激光装置性能验收实验和宽范围的高能量密度物理、惯性约束聚变物理及基础物理实验研究.相机系统主要为记录神光III装置靶的时间分辨X射线发射设计,利用可更换的鼻椎实现具有二维空间分辨或者一维谱分辨的靶形貌时间分辨图像.神光III装置核心X射线分幅相机将被嵌入到一个铝制空气包中,空气包具有大容量冷却平板和一个特制的环境监测传感器阵列.相机设计很多部分不同于早期X射线分幅相机,如一套全新的阻抗匹配方案,曝光时间从0.07-1.5 ns可调,先进的荧光屏,脉冲屏压电路,准确的模块定位,独特的监控系统和完全远程计算机控制.其中先进的荧光屏和脉冲屏压电路已经获得初步应用.     

神光-Ⅱ装置配套速度干涉仪

介绍了神光-Ⅱ装置配套线成像速度干涉仪光路排布、用于任意反射面的速度干涉仪系统中干涉仪结构的选择及干涉仪的调节。该仪器可以用于测量自由面速度、界面速度和透明材料中冲击波波阵面速度。该仪器的最小时间分辨力可达约20 ps,空间分辨力高于10μm。并在神光-Ⅱ装置上进行了动态打靶实验,实验用靶为Al-CH靶,获得了较好的实验图像,测得了CH中冲击波的平均传播速度为24.67 km/s。     

神光Ⅲ主机双束组激光间接驱动内爆实验研究

在神光Ⅲ主机装置上,利用已经建成的两个激光束组,开展了激光间接驱动内爆物理磨合实验,是神光Ⅲ主机装置首次出中子实验。实验采用1400μm×2100μm黑腔,500μm的塑料靶丸充1 MPa的DD燃料,激光从黑腔两端55°注入。实验获得的最高中子产额为9.7×108。实验结果表明,实验黑腔的耦合效率约为50%;使用的黑腔偏长,靶丸被压缩为"薄饼形";中子产额和激光能量正相关;中子发射峰值时刻主要依赖于烧蚀层厚度。     

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。     

X光分幅相机-平面镜配接方法研究

利用X光谱仪用平面镜备件以及实验室常用五维调节架,设计了X光平面镜与X光分幅相机配接的探索方案,并对系统调节中各元件调节误差带来的影响进行了一定的分析,详细描述了系统的瞄准调节方法和过程.利用激光打靶实验,对X光平面镜与X光分幅相机的配接方法进行了检验.实验过程和结果表明,该方法系统结构和实施都较为简单,可以比较容易地在分幅相机微带上获得经平面镜反射的靶目标针孔像,实现～50 ps的时间分辨、10～20 μm的空间分辨及几十倍的能量分辨.