用于直接驱动的快速变焦新方案

在直接驱动方式的惯性约束聚变装置中, 实现中心点火对靶丸的辐照均匀性要求极高. 然而, 在激光脉冲持续时间内, 由于激光与靶丸的相互作用致使靶丸逐渐缩小, 从而导致辐照均匀性降低以及交叉光束能量转移等不利因素增强, 进而影响点火的进展. 为此, 提出了用于直接驱动的快速变焦新方案, 即利用特殊设计的电光晶体及电极结构, 对激光束附加一个实时、快速变化的球面波前, 以控制打靶激光束的聚焦位置和焦斑大小, 从而达到提高靶面辐照均匀性和抑制交叉光束能量转移的目的. 通过建立快速变焦的理论模型, 并基于激光与靶丸相互作用物理过程的分析, 对焦斑尺寸、附加球面波曲率半径等参数随时间的变化规律进行了数值模拟和分析. 结果表明, 本文提出的快速变焦方案可有效地实现对焦斑与靶丸半径比的实时控制, 且对空间滤波器滤波效果及三倍频转换效率并无明显影响.     

激光惯性约束聚变中光学汤姆逊散射研究进展

当前，激光惯性约束聚变在越来越接近点火的极端能量密度条件下，实验与模拟的偏离逐渐增大，一个关键原因是缺乏对黑腔等离子体状态及其影响黑腔能量学和内爆对称性的细致研究和判断。光学汤姆逊散射主动式、诊断精确、参数完备的优点，使之成为激光惯性约束聚变黑腔等离子体状态参数精密诊断的标准方法。中国面向激光惯性约束聚变研究的光学汤姆逊散射实验技术的发展与神光系列激光装置的建设和在其上开展的物理实验紧密相关。近年来，四倍频汤姆逊散射实验技术在神光III原型和100 kJ激光装置上相继建立，部分实验结果不仅加深了对激光惯性约束聚变靶物理的认识，还反映了实验条件对汤姆逊散射诊断的影响，促进了实验技术的精密化发展。在未来，还需要进一步发展多支路汤姆逊散射、五倍频汤姆逊散射和超热相干汤姆逊散射等新技术，面向点火黑腔条件，大幅提升激光等离子体状态参数的诊断精度，开展新物理机制的探索和研究，在激光惯性约束聚变和其他高能量密度物理科学领域发挥更重要的作用。     

ICF点火靶内环激光SRS抑制方法理论研究

激光等离子体相互作用(LPI)是制约在美国国家点火装置(NIF)上实现间接驱动惯性约束聚变的关键问题之一。LPI的激发不仅依赖于激光束功率密度与光束品质,还强烈依赖于光束所经过的等离子体状态。模拟显示,内环激光通道上靠近腔壁的He等离子体是受激拉曼散射(SRS)产生的主要区域。通过改变黑腔设计参数(包括构型、尺寸和填充物材料等)可以一定程度优化特定区域的等离子体状态,进而抑制LPI的产生。据此,提出了使用大黑腔高激光能量和改变填充气体组分两条控制SRS增长的技术路线。线性分析表明,两条技术路线效果明显,可分别将SRS峰值增益降低70%与63%。     

基于角色散的非共线匹配宽带三倍频技术

宽带光打靶可以有效降低激光等离子体相互作用过程中非线性效应。提出一种基于角色散的非共线匹配宽带三倍频方案,利用宽带基频与窄带二倍频的非共线和频产生宽带三倍频,和频过程中通过特殊设计的渐变光栅实现不同频率的基频光束以特定角度入射,补偿了波长差异引入的位相失配使得全波段满足位相匹配条件。理论模拟表明,采用KDP晶体Ⅱ类位相匹配,将中心波长为1058 nm、带宽10 nm的宽带基频光与526.5 nm的二倍频光进行非共线匹配和频,可以实现高效宽带三倍频转换。     

辐射驱动内爆流线实验测量

内爆速度的测量是惯性约束聚变研究中的核心问题, 是判断聚变点火反应的关键物理量. 在神光II激光装置上, 利用KB显微镜配合时间分辨为10 ps的条纹相机, 对1600 J激光能量注入, 3倍频, 脉宽为1 ns黑腔辐射驱动CH靶球, 获得了清晰的辐射驱动内爆流线轨迹X射线图像. 通过流线轨迹图像给出了最大内爆速度为160 km/s. 利用Multi1D程序对内爆压缩流线和壳层速度变化进行了模拟, 实验数据和理论模拟较符合.     

首次全束组六通柱腔内爆物理实验

六通黑腔是我国独立自主设计的新型激光惯性约束聚变驱动腔型。在大型激光装置上采用全束组注入方式, 首次获得了新型六通黑腔10~20倍收缩比综合内爆完整配套实验数据, 实现最高YOC_2D (实验产额/二维模拟产额) 达80.4%的综合内爆性能。     

脉冲单频Nd:YVO4激光器及其倍频输出特性研究

为了研制激光干涉成像所需的主振荡功率放大(MOPA)结构脉冲单频激光器,本文完成MOPA激光器的种子源即声光调Q脉冲单频1 064 nm激光器的特性研究,同时完成种子源腔外倍频绿光特性研究。脉冲单频激光器采用声光调Q模块实现脉宽约20 ns的1 064 nm脉冲激光输出,采用环形腔设计并采用一组不同厚度的标准具实现单纵模运转。实验研究基频1 064nm和倍频532 nm激光脉冲的线宽,得出在全脉宽范围内都具有较高时间相干性的结论。实验分别获得脉宽约28 ns峰值功率约6.5 kW的1 064 nm脉冲单频激光和脉宽约20 ns、峰值功率约0.5 kW的532 nm脉冲单频激光,腔外倍频效率为5.6%。实验同时也验证了腔外倍频的激光脉宽压缩效应。     

多频多色光谱角色散束匀滑新方案

典型的光谱角色散技术中,由于光束带宽受限于高效三倍频,因而无法通过增大带宽来进一步改善焦斑均匀性.结合对四色打靶方案和多级相位调制技术的综合分析,提出了多频、多色光谱角色散束匀滑新方案.该方案能在保持高效三倍频基础上,获得带宽有所加宽,光谱包络近似连续的光源,且在远场匀滑上具有更为独特的优势.结果表明,采用束匀滑新方案后,虽然焦斑会有所增大,但其均匀性却得到明显改善;与典型的束匀滑方案相比,该方案能更为有效地抑制热斑,且达到最佳匀滑效果所需的时间有所减短.此外,通过对阵列光栅中子光栅刻线方向的自由组合可以实现多维光谱角色散的效果.     

间接驱动装置中柱形腔内激光束传输叠加特性研究

在惯性约束聚变装置中,激光集束在腔内的传输叠加特性对实现靶丸的有效压缩极为重要。为了更为深入地了解激光集束在腔内的传输叠加特性,针对典型的柱形腔结构及其光路排布,建立了真空腔内的光传输模型,数值模拟和讨论了多集束激光在腔内的传输叠加情况。考虑到激光束的交叉重叠会带来交叉光束能量转移、激光等离子体相互作用等问题,提出通过确定集束间相互分离的特征面位置,进而从偏振特性和热斑占比等方面对多集束激光在腔内的传输及叠加特性进行分析。结果表明,多集束激光在腔内传输时,内环集束和外环集束激光先分离,之后内环相邻集束之间和外环相邻集束之间各自分离。单端集束在腔内传输过程中,其均匀性从靶腔注入孔到腔壁的过程中呈现先变差后变好、再变差的趋势,而热斑的峰值强度随着离焦量的增加不断减小,热斑所占的面积则先增加后减小。此外,激光束在腔内传输时偏振度随腔内传输距离的大小并无明显变化。     

紧凑型激光二极管抽运全固态355 nm连续波紫外激光器

报道了一台激光二极管端面抽运Nd:YVO₄晶体内腔三倍频355 nm激光连续输出的全固态紫外激光器.激光腔采用紧凑型简单凹平直腔,腔长仅为70 mm.利用两块LBO晶体进行腔内倍频、和频,当注入抽运功率为2527 W时,获得最大功率为306 mW的355 nm连续波输出,光光转换效率为012％,输出功率短期不稳定性为53%,355 nm激光输出光束质量良好.通过采用内腔倍频技术和设计合理的腔参数,实现了中小功率连续输出的全固态紫外激光器的小型化、便携化,进一步拓宽了紫外激光器 关键词： 激光二极管端面抽运 内腔三倍频 连续波 355 nm激光     

激光散斑与随机激光器件制作

提出了一种基于大学物理实验教学中激光散斑的随机激光器件的制作,分析了随机激光的分类标准和产生机理,系统考察了不同泵浦条件下该激光器件的输出特性.该实验方案为大学物理实验提供了与科技前沿接轨的素材.     

Lithographical laser ablation using femtosecond laser

Lithographical laser ablation was demonstrated using a femtosecond laser with a lithographical optical system. In this method, a femtosecond laser beam passes through a mask and the pattern is imaged on a film by a coherent optical system. As a result, the film is lithographically ablated, and a micron-sized pattern can be generated in a single shot. The resolution of generation was 13 m, and the narrowest width of a generated line was about 4 m. Moreover, the system was applied to transmission gratings as masks, and nano-sized periodic structures such as nano-sized hole matrices and nano-meshes were generated in a single shot. PACS 52.38.Mf; 42.25.Hz; 42.82.Cr; 81.16.-c     

二极管激光器泵浦钕玻璃固体激光器

用脉冲输出功率50mW,中心波长为800nm的双异质结激光二极管列阵泵浦磷酸盐钕璃璃激光器,得到1.053μm波长激光输出.泵浦阈值功率为9mW.计算了DPL输出的尖峰功率、脉冲宽度和弛豫振荡波形,与实验结果一致.     

Intense laser generation from an atomic-fluorine laser

An intensive generation of radiation from a discharge-pumped atomic-fluorine gas laser is reported. A peak power exceeding 330 kW and a total energy of more than 2 mJ is obtained for a number of lines in the red, using a NF₃He (1100) gas mixture at total pressure of 500 Torr. The circuitry optimization is described and the conditions for effective operation of the atomic-fluorine laser are discussed. The temporal and the spectral characteristics of the laser emission are also presented.     

激光调制和激光通信原理的演示

给出了一种演示激光调制和激光通信原理的电路设计。     

用于激光推进的高功率激光器的选择

 从激光推进的要求出发，阐述了用于激光推进的高功率激光器的选择原则，即激光器必须满足：（1）高的平均功率和峰值功率；（2）高的单脉冲能量；（3）高的重复频率；（4）优良的大气传输特性。主要分析了目前YAG固体激光器、自由电子激光器和TEA脉冲CO₂激光器的特点，通过上述4个方面性能的比较，认为在目前水平下，TEA脉冲CO₂激光器是进行激光推进的首选强激光源，其优点表现在：功率可达10kW量级，单脉冲能量可达0.5~1kJ，重复频率为20~40Hz；激光波长处于大气传输窗口，对大气变化不敏感；工作物质快速流动，不存在热透镜效应和破坏阈值；相关光学元件易于制造；光束质量较好；运行成本低。     

激光冲击强化激光器的研制

针对近年来发展的激光冲击强化技术,采用1级谐振8级放大的系统结构和模块化设计方法,研制出了激光冲击强化用短脉宽、大能量的Nd:YAG脉冲激光器,并对激光器技术指标进行了测试分析。在预热20 min后、环境温度变化小于2 ℃的情况下,单脉冲最大输出能量高达25 J,能量不稳定度小于3%,脉宽16~20 ns可调,脉宽不稳定度小于1 ns,光束发散角小于等于2.5 mrad,重复频率达5 Hz。对TC4钛合金进行激光冲击强化实验,大幅度提高了TC4钛合金试件表面的残余压应力。结果表明,研制的激光器各项性能良好。     

Free-running emerald laser pumped by laser diode

Free-running emerald laser pumped by 660-nm laser diode (LD) was reported. Free-running output powerof 24 mW has been obtained with overall efficiency of 1.4% and slope efficiency of 11.9% when the LD incident power was 2.56 W. The laser threshold value of emerald crystal was estimated to be 0.7 W.     

用于等离子体诊断的ps激光探针

 ps激光探针作为激光等离子体诊断的探针光源，它是通过两次倍频和两次受激喇曼散射，将波长为1 054nm、脉宽约为1ns激光转换成波长为308nm、脉宽小于30ps的紫外光。研究结果表明：探针光系统输出能量大于1mJ，脉宽小于30ps，均匀性较好，运行成功率大于90%，满足了激光等离子体诊断的要求。     

光束整形在激光照明中的应用

提出利用光束整形技术提高激光照明均匀性、调节照明远场光斑尺寸的方法,用Easylaser激光仿真软件分析光束截断比对照明均匀性的影响,分析大气湍流条件下光束整形对照明均匀性的影响,并比较调节光束质量与光束整形对照明均匀性的影响。结果表明:光束整形具有调节照明激光远场光斑尺度及均匀性的能力,相位调节因子越大,整形后远场光斑半径越大、均匀性越好;光束截断比越大照明均匀性越好;弱湍流条件下,光束整形比调节光束质量的照明激光远场光斑均匀性更好。