神光II装置上速度干涉仪的研制及应用

任意反射面速度干涉仪(VISAR)具有很高的测试精度, 能实现冲击波速度、粒子速度的连续测量, 是目前冲击波传播相关物理实验的主要诊断设备. 神光II高功率激光装置上的速度干涉仪其空间分辨率优于7 μm, 靶面视场约为1 mm, 探针光脉冲宽度约为 60 ns, 能满足各类冲击波相关实验的诊断. 该VISAR系统用偏振分光镜和波片系统组成了能量调节系统, 极大地方便了探针光能量和条纹相机匹配的调节; 利用新颖的探针光引入系统, 极大地提高了探针激光的能量利用率 (相对其他方法, 能量利用率提高了3倍). 该速度干涉仪已成功应用于状态方程实验、等熵压缩实验和冲击波追赶实验. 本文利用激光脉冲整形技术获得了无冲击压缩实验图像, 利用石英作为标准材料获得了聚苯乙烯 (CH)的Hugoniot数据, 利用双脉冲激光获得了石英材料中冲击波追赶 的实验图像并与理论模拟进行了对比, 实验和模拟符合得比较好. 实验结果表明, 神光II装置上的速度干涉仪能满足不同时间尺度(亚ns---几十ns) 冲击波传播相关物理实验的诊断, 为进一步开展CH的高精度Hugoniot参数测量、 高压无冲击压缩实验和冲击波时空整形实验奠定了基础.     

超高压高精度激光状态方程实验测量

材料高压下的状态方程（EOS）在天体物理、材料科学和惯性约束聚变（ICF）等研究领域中都是十分重要的。2004年在“神光”-Ⅱ装置上进行了单路倍频激光直接驱动的Al-Cu阻抗匹配靶实验和Cu-Al阻抗反匹配实验，目的是提高冲击波速度的测量精度和准确性，同时校验测量方法的实用性和可靠性。     

辐射驱动下主动式高精度冲击波速度精密诊断技术

激光加载可以产生比气泡加载更高的压力,是高压状态方程研究中一种新的加载方式。在激光加载高压状态方程(EOS)研究中,台阶靶是常用的靶型。针对传统台阶靶存在的预热膨胀问题,提出了使用主动式任意反射面速度干涉仪(VISAR)进行台阶靶预热和冲击波测量的方法。该技术利用条纹图移动量计算厚度增加量,利用冲击波到达自由面产生条纹跳变的时刻来获得精确的冲击波到达时刻。通过修正已测量台阶厚度与膨胀量,可以获得更加精确的台阶厚度值。通过精确的时间间隔可以得到冲击波传输的时间。在匀速传输的条件下可以获得高精度的冲击波传输速度。该方法在辐射驱动超高压条件下具有很好的适用性,可以为状态方程实验提供高精度的冲击波速度数据。     

成像型任意反射面速度干涉仪测速精度检测

基于神光Ⅲ原型装置,提出了一种对成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量冲击波速度的精度进行实验检验的方法。针对一般双灵敏度VISAR存在的多值问题,该方法利用厚度已知的样品获得了准确的冲击波速度历史曲线图,并给出其测速精度。同时在理论上对这套测速系统进行了不确定度评估,预估结果与实验结果相吻合,验证了这种方法的正确性。此外,该方法还可用于单灵敏度VISAR确定条纹丢失的数目,仅凭一台条纹相机就可确定速度历史曲线。     

成像型任意反射面速度干涉仪研制

成像型任意反射面速度干涉仪是激光驱动冲击波研究的重要诊断设备,主要应用于惯性约束聚变脉冲整形实验、高压状态方程实验研究和材料特性研究.基于传统任意反射面速度干涉仪的特点,研制了一台基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪,该系统可用于测量自由面速度及透明介质中的冲击波速度.给出了成像型任意反射面速度干涉仪的详细设计要点.对系统性能进行了分析及测试,结果表明时间分辨优于30 ps,物方空间分辨约为10 μm,测速范围为6～45 km/s.     

自支撑金属薄膜厚度测量技术

惯性约束聚变（ICF）物理实验研究中,10-100μm厚度的Al,Cu等白支撑金属薄膜是常用的靶材料,由于薄膜厚度及其分布与冲击波速度、压强等物理实验结果直接相关,因此需要对其厚度进行精确的测量。长期以来,对薄膜样品厚度的测量主要采用传统的单面定位测量法,但由于薄膜一基底之间的定位误差,薄膜厚度的精密测量存在难以克服的技术难题。     

自校准靶型在冲击波实验中的应用

在使用任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量运动表面速度的过程中,利用双灵敏度方法可以获得唯一的速度。由于双灵敏度方法对速度的判断需要人为干预,所以就会出现速度的非唯一性问题。在成像型VISAR中,由于散斑和条纹质量下降等问题,该现象更加严重。提出了一种可进行自校准判断的靶型,可以在获得冲击波速度的同时获得唯一冲击波速度,从而改进了双灵敏度方法。通过积分速度曲线的面积,获得运动表面所经历的距离。比较几组相近速度曲线的积分值与已知样品的厚度,可以获得准确的冲击波速度历史曲线图。同时该方法也是一种从实验上验证VISAR系统不确定度的方法,与理论上的评估结果相互吻合,证明了该方法的正确性。这种改进的双灵敏度测速方法和不确定度评估方法,可为未来的VISAR诊断精密化发展提供技术思路。     

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激光装置时标激光和任意反射面速度干涉仪探针光源产生技术

在惯性约束聚变研究中, 时标激光是对物理诊断数据进行分析的重要时间标尺, 而任意反射面速度干涉仪(VISAR)光源则是冲击波精密诊断必不可少的探针光源. 通过对物理需求的分析, 提出对时标激光与VISAR光源共用脉冲产生单元, 采用时分复用技术实现二者在同一台幅度调制器上的精密整形, 经1×2分束后再通过声光开关进行选择输出, 从而降低了系统造价, 便于集中控制. 采用了脉冲稳偏、高稳定空间放大、高精度温控谐波转换技术及可快速插拔精密复位的光纤耦合和传能技术, 实现了时标和VISAR光源脉冲的高稳定输出. 研制的时标激光系统可产生与主激光高精度同步的12路二倍频、4路三倍频时标信号, 为神光-III激光装置物理实验提供了重要的时间基准. 产生的VISAR光源脉冲在经过光纤系统和Nd: YAG棒状放大器后, 通过温控LBO晶体倍频, 然后经1 mm芯径的多模传能光纤传输至成像型VISAR系统, 为物理实验提供了单纵模、高亮度、可精密整形的脉冲激光. 系统已用于VISAR诊断物理实验, 获得了完整的冲击加载、减速的图像, 从而为冲击波调速及相关高压物理实验提供了可靠的技术手段.     

神光-Ⅲ激光装置时标激光和任意反射面速度干涉仪探针光源产生技术

在惯性约束聚变研究中,时标激光是对物理诊断数据进行分析的重要时间标尺,而任意反射面速度干涉仪(VISAR)光源则是冲击波精密诊断必不可少的探针光源.通过对物理需求的分析,提出对时标激光与VISAR光源共用脉冲产生单元,采用时分复用技术实现二者在同一台幅度调制器上的精密整形,经1×2分束后再通过声光开关进行选择输出,从而降低了系统造价,便于集中控制.采用了脉冲稳偏、高稳定空间放大、高精度温控谐波转换技术及可快速插拔精密复位的光纤耦合和传能技术,实现了时标和VISAR光源脉冲的高稳定输出.研制的时标激光系统可产生与主激光高精度同步的12路二倍频、4路三倍频时标信号,为神光-III激光装置物理实验提供了重要的时间基准.产生的VISAR光源脉冲在经过光纤系统和Nd:YAG棒状放大器后,通过温控LBO晶体倍频,然后经1 mm芯径的多模传能光纤传输至成像型VISAR系统,为物理实验提供了单纵模、高亮度、可精密整形的脉冲激光.系统已用于VISAR诊断物理实验,获得了完整的冲击加载、减速的图像,从而为冲击波调速及相关高压物理实验提供了可靠的技术手段.