高功率固体激光驱动器的优化设计

扼要介绍了高功率固体激光系统物理设计中的一些基本概念 ,并阐述了系统优化设计的主要方法。针对神光 原型装置的物理设计 ,提出了其能流分布设计优化的判据和设计的限制条件 ,给出了原型装置主放大级的初步优化设计结果。     

原型装置诊断靶场系统技术研究

原型装置诊断靶场系统的主要任务是用于考核和诊断激光束在焦面的远场特性是否满足物理实验的要求;研究、考核用于神光主机靶场系统的相关技术和单元组件,为神光主机靶场系统的概念设计提供设计依据。根据原型装置诊断靶场系统所承当的任务、物理实验的需求以及原型装置的总体技术要求,我们围绕着相关技术在理论分析、数值模拟计算和实验研究方面开展了大量的研究,其研究内容涉及到高强度紫外激光传输、高强度三次谐波转换特性、强激光聚焦特性、衍射光学技术等,所包括的技术有高强度高效率三倍频技术、强激光聚焦焦斑控制技术、束—靶耦合…     

神光Ⅲ原型装置的近背向散射光诊断系统

近背向散射光诊断系统的建立对于精密测量近背向散射光能量份额具有重要意义,它为惯性约束聚变物理实验激光能量与靶耦合效率参数提供了重要的数据支撑。介绍了神光Ⅲ原型装置的近背向散射光诊断系统,包括其主要功能、技术要求、光学设计与机械设计要点。该诊断系统以离轴椭球镜及靶室外的光学传递组为核心元件,具有灵活可靠的支撑和调节结构。在原型装置上使用该系统进行了打靶试验考核,结果表明该系统能进行稳定测量,数据结果符合预期。     

神光-Ⅲ原型装置两极驱动的均匀照明研究

梳理了两极驱动的研究思路和神光-Ⅲ原型装置两极驱动的研究内容;提出了针对靶丸表面均匀照明设计的光束近似原则,基于该原则建立了"逐次递进"的方法,优化设计了不同条件下靶丸表面均匀照明的激光条件,并对设计方法进行了数值模拟分析,设计内容在神光一III原型装置上进行了初步的实验验证,结果进一步支持了靶丸表面均匀照明设计的合理性,研究结果为后续的实验设计和理论研究提供了指导方向。     

基于神光Ⅲ原型ICF中子活化样品“跑兔”系统

针对神光Ⅲ原型激光装置上中子活化样品的传递问题，　研究并设计了“跑兔”系统。　介绍了神光Ⅲ原型装置上跑兔系统的结构与布局设计，　采用气动方程详细计算并分析了样品传输过程中气源压力、　润滑剂粘滞系数及样品盒与管壁的间距变化对样品速度变化的影响。　结果表明，　跑兔装置可在2.24 s的时间范围内将样品传输到指定位置，　基本达到了系统设计要求。　数值模拟结果可对“跑兔”系统的参数选取提供数值参考。     

用于ICF基准物理实验的子束激光系统优化设计

基于XG11激光装置实验平台建立了用于ICF基准物理实验的子束激光系统，采用软边光阑和空间滤波器组合的像传递技术实现了光束的空间整形和等像面传输，并利用Fresnel光束传输计算程序对系统进行了优化设计，分析了空间滤波器小孔尺寸以及软边光阑对光束波面传输的影响，并对优化设计结果进行了分析和讨论，所用方法和所得结论对高功率固体激光放大系统的设计具有一定应用意义。     

激光原型装置光纤前端系统偏振稳定控制技术

 分析了激光原型装置光纤前端系统的偏振特性,针对激光原型装置光纤前端系统窄光谱、短脉冲的特点以及该原型装置对光纤前端系统输出偏振态的要求,提出了一种稳定光纤前端系统输出偏振态的新方法。采用脉冲方式偏置光纤前端系统的幅度调制器,通过光纤偏振稳定装置在线检测幅度调制器泄漏连续激光的偏振态进行自动调整,实现了光纤前端系统偏振态的自动稳偏,解决了波导幅度调制器长时间工作后消光比下降的问题。光纤前端系统长时间工作输出的稳定度达到了2.9％。     

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。     

激光原型装置结构稳定性指标划分理论及检测

 结构稳定性是ICF驱动器一个重要的设计指标。根据激光原型装置（TIL）多程放大、框架式设计的特点,结合矩阵光学对单个光学元件对光束漂移的影响进行了分析,综合不同光学元件对光束漂移的影响,建立了光学元件稳定性指标分配的数学模型,根据原型装置特点对数学模型中各参数之间的关系进行了确定,求解得到了装置内各个光学元件的稳定性指标,以此作为光机系统结构稳定性的设计要求。经过对原型装置光路稳定性指标的测试,光路稳定性漂移x方向和y方向均方根值为2.78 μm,峰谷偏差值x方向和y方向分别为14.4 μm和15.60 μm。结果表明原型装置结构稳定性漂移满足设计要求,稳定性指标划分方法合理。     

神光系列装置激光聚变实验与诊断技术研究进展

文章主要介绍了国内自2000年以来的激光惯性约束聚变(ICF)实验研究以及诊断技术研究的进展,主要内容为神光Ⅱ激光装置上的实验,也对刚建成不久的神光Ⅲ原型装置上的实验作简要介绍,此外,文章还介绍了神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上近期发展的诊断技术和设备.文章作者在神光Ⅱ激光装置上开展了多项的物理实验研究,其中包括黑腔物理、内爆物理、流体动力学不稳定性、辐射不透明度以及辐射驱动冲击波等,并取得了重要的进展.在X射线单能成像、Thomson探针、无高级衍射的单级衍射光栅等新型关键诊断技术与尖端设备研制方面也取得了显著进展.     

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Ⅱ与神光Ⅲ原型上的辐射驱动小收缩比内爆靶设计

本文建立辐射驱动小收缩比(5至10倍)的内爆靶丸的设计方法,并利用辐射流体力学程序Multi-1d对神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置的辐射驱动小收缩比内爆靶丸进行模拟计算,设计出小收缩比内爆靶丸的构形,计算结果给出压缩比、中子产额、压缩面密度随燃料压力变化等内爆物理参量.神光Ⅱ装置上的内爆靶燃料分别采用DD气体和DT气体两种;神光Ⅲ原型装置的内爆靶燃料采用DD气体.神光Ⅱ上小收缩比内爆实验结果与模拟结果基本一致,表明Multi-1d用于设计此类实验的可靠性. 关键词： 辐射驱动 小收缩比 内爆 面密度     

基于离散型伴随方法的单边膨胀喷管优化设计研究

目前高超声速喷管的设计方法主要有特征线方法与基于CFD分析的优化设计方法。采用特征线法设计喷管时流动需基于无黏、无旋假设进行简化,无法确保设计结果在真实流动情况下达到最优;采用遗传算法或常规梯度类方法等优化算法进行优化设计时,设计变量数目的增多为设计带来计算量方面极大的挑战。为克服上述方法在设计过程中的不足,依托伴随方法具有计算量与设计变量数目几乎无关的特点,本文发展了基于离散型伴随方法的单边膨胀喷管的设计方法,以控制喷管沿流程的面积分布作为参数化方法,在初步设计的性能优良的原型喷管基础上实现了精细化伴随优化设计,优化后推力系数比原型喷管提升0.8个百分点。     

太阳能光伏-热伏发电板的自适应追光系统设计与实现

在小型太阳能光伏-热伏发电系统中,为了提高其发电效率,通常会辅以自动追光系统。针对现有的基于多光电二极管的自动追光系统结构复杂等问题,提出了一种基于光敏电阻的自适应追光系统。为了实现发电板对光源的追踪,采用了基于负反馈的自适应追光原理,通过软件设计控制追光精度,同时增加了系统位置消抖控制。在硬件方面,采用光敏电阻感应光强,借助AD转换电路和舵机,以驱动太阳能光伏-热伏发电板转动直至发电板平面垂直于太阳光;优化设计了光敏电阻与板面的夹角大小以调整追光的区域及误差。最后完成了整体装置的机械结构设计和电路图设计及仿真,结果表明,与现有的多光电二极管追光系统相比,所设计的追光系统机械装置部分的设计更加简单,便于实现,同时通过优化设计改善了追光的稳定性。     

单粒子束细胞定位照射装置中微图像处理系统的设计

为了适应细胞辐射生物学基础研究的需要 ,按照生物实验的要求和装置的物理指标设计了实验室单粒子束装置的微图像处理系统。设计中遵循了科学性和经济性的原则 ,结构紧凑 ,性能稳定。结果表明 ,该系统达到了预期指标 ,解决了单粒子束装置精确定位辐射的这一关键技术 ,为细胞核的辐射实验提供了有力的工具     

用于神光Ⅲ原型装置精密物理实验的时标激光系统

用与大型激光装置输出主激光脉冲同步的梳状脉冲作为时间标尺,标定强激光与靶丸作用的过程,对强场物理实验测量及模拟实现精密化具有重要的意义.报道了一种电光调制结合光学方法产生与主激光精确同步的多频率时标激光脉冲的光纤系统.采用电光调制产生150 ps快光脉冲,通过光纤堆积产生1053 nm的基频梳状脉冲信号,经过放大和倍频输出527和351 nm的绿光及紫外倍频梳状脉冲激光. 系统可稳定地为神光Ⅲ原型装置提供精密物理实验所必需的各种频率的时标激光,并且可根据物理实验需要灵活地调整梳状脉冲间隔和幅度,具有很好的适应性. 关键词： 激光聚变驱动器 时标光 光纤激光系统     

列阵均匀照明系统的优化设计

 结合理论分析和神光系列装置均匀照明系统的设计和实验经验, 从光的衍射、干涉与光束质量等角度分析了由透镜或衍射光学元件组成的列阵大焦斑均匀照明系统参数与靶 面焦斑强度分布的关系, 提出了列阵系统的优化设计方法。     

简讯

神光Ⅲ原型装置实现8束基频光出光 由中国工程物理研究院 激光聚变研究中心承建的神 光Ⅲ原型装置是我国用于激 光惯性约束聚变研究的新一 代高功率固体激光驱动器。经 过近半年的努力，原型装置各 系统的联机调试已经基本结 束，目前顺利实现了8束基频 光出光的阶段目标，靶场系统 集成安装也取得重要进展，已经进入联合调试阶段。 作为我国最大的光学工程之一，该装置的建造涉及到光、机、电等学科领域，主要由前端预放系统、主放系统、能源系统、 靶场系统、参数诊断系统以及控制系统组成，…     

ITER ELM原型线圈水压降测试

ITER ELM线圈设计用于控制等离子体边界局域模,线圈导体采用氧化镁矿物绝缘导体结构,其中铜导体采用内径33.3mm的中空铬锆铜导体。单匝ELM线圈最高运行电流为15kA,线圈运行过程中铜导体内通入去离子水冷却,设计冷却水流速为8m3/s以保证线圈达到稳定运行温度。等离子体物理研究所完成了ITER内部线圈ELM原型线圈预研及制造并搭建了线圈流动阻力实验平台,并对ELM原型线圈进行压降测试实验。文中介绍了ITER装置中ELM线圈的压降测试平台的设计,对线圈压降实验数据进行分析。对比理论值与实验值,实验结果表明理论计算与实验值基本一致,实验结果具有可信性。