激光直接驱动聚变中光束排布的优化

为提高激光直接驱动聚变中球靶的辐照均匀性, 必须对光束的排布进行优化。 本文通过分析球谐模的几何因子, 提出了光束排布的优化规则。按照这个规则排布光束, 可在光束数有限的情况下获得较高的辐照均匀性。给出了满足此规则的一些典型光束排布实例。     

甚多束激光直接驱动靶面辐照均匀性研究

针对甚多束激光辐照下的直接驱动靶面光强均匀分布开展了系统研究. 利用球谐模分析选定了可实现均匀辐照的靶面弹着点极角分布, 并通过数值模拟确定了以等效48束激光直接驱动辐照下靶面三环弹着点极角位置分别为22.4°, 47.7°和73.6°. 基于特定装置构型分析了实现极向直接驱动时对各路激光指向的修正, 并对光束截面焦斑进行了优化, 实现了极向直接驱动下的靶面均匀辐照.     

基于光束参量优化实现直接驱动靶丸均匀辐照

在直接驱动惯性约束聚变中,实现靶丸均匀辐照对靶丸压缩特性至关重要,通常要求靶丸表面辐照不均匀度小于1%.现有很多优化高功率激光装置均匀辐照性能的光束排布方案,但受到实际入射光束参量的限制,系统均匀辐照性能难以实现最优化.由于初始辐照不均匀度对靶丸对称压缩特性至关重要,为进一步提高靶丸初始辐照的均匀性,并增加系统对打靶过程中由于靶丸直径变化引起的辐照不均匀的宽容度,从而实现靶丸的中心对称压缩,本文对靶丸表面光束的辐照不均匀度进行了数学分析,并研究了不同入射光束参量下的单光束因子项及其对靶丸均匀辐照的影响.结果表明:对于已知的光束排布结构,存在最优的入射光束参量,使辐照均匀度最高.证明了通过优化入射光束参量提高系统均匀辐照性能的可行性.此外,研究表明单光束因子项与几何因子项存在一定的匹配关系,可通过分析几何因子项的特征,求取与之匹配的单光束因子项,进而获得最优的入射光束参量.本工作为直接驱动靶丸均匀辐照系统的设计和优化提供了一种有效的方法.     

ICF激光驱动器间接驱动兼顾直接驱动打靶角度的优化设计

为了增加ICF激光驱动器的灵活性,使其可满足多种聚变点火方式,激光驱动器激光打靶角度的优化设计应以间接驱动为主,同时兼顾直接驱动。以神光Ⅲ主机装置为例,基于已有的间接驱动激光打靶角度设计,用球谐模和三维辐照场方法,完成了兼顾直接驱动打靶角度的优化,结果表明优化设计的打靶角度可实现小于1%的球靶表面辐照均匀性。同时分析了激光参数对辐照性能的影响,并获得了满足直接驱动要求的陡边小焦斑设计。     

ICF激光驱动器间接驱动兼顾直接驱动打靶角度的优化设计

为了增加ICF激光驱动器的灵活性,使其可满足多种聚变点火方式,激光驱动器激光打靶角度的优化设计应以间接驱动为主,同时兼顾直接驱动。以神光Ⅲ主机装置为例,基于已有的间接驱动激光打靶角度设计,用球谐模和三维辐照场方法,完成了兼顾直接驱动打靶角度的优化,结果表明优化设计的打靶角度可实现小于1%的球靶表面辐照均匀性。同时分析了激光参数对辐照性能的影响,并获得了满足直接驱动要求的陡边小焦斑设计。     

激光聚变研究进展

本文综合评述近年来发展很快的激光惯性约束聚变研究取得的新进展,包括驱动器、激光聚变物理及实现激光聚变的不同途径。重点分析不同驱动内爆方式的特点、取得的成就和遇到的困难。最后是今后的展望。     

激光间接驱动聚变的光束均匀化方案研究

针对激光间接驱动聚变,使用广义衍射积分理论,以随机位相板、部分相干光以及随机相位板加部分相干光入射的“二合一”光束均匀化方案为例，进行了详细的数值计算和分析讨论.给出了柱形腔靶注入孔以及内壁上的光强分布,所得结果对间接驱动束匀滑方案选择有参考意义. 关键词：     

激光间接驱动聚变柱形腔靶内壁光斑参数计算

用几何光学计算了柱形腔壁上的激光光斑参数, 包括光斑的位置、形状、大小以及光斑内的光强分布, 同时还计算了在激光注入孔的光斑参数, 这对分析靶丸的初始辐射均匀性、确定腔壁上的辐照强度大小和判断能否将激光有效地注入腔内都是非常重要的。     

神光III主机极向驱动靶丸表面辐照均匀性

极向驱动是在间接驱动构型的激光装置中,通过重瞄各束激光的位置,实现较均匀的靶丸表面激光辐照,以研究直接驱动惯性约束聚变的关键物理问题.介绍了神光III主机装置的激光排布和焦斑特点,以及激光束重瞄方法和靶丸表面激光辐照均匀性优化原则.给出了三阶和五阶超高斯近似下的激光焦斑强度分布,Φ540 μm靶丸在能量沉积满足cos²γ和cos γ假设时靶丸表面最均匀辐照的移束参数,以及二维辐射流体程序模拟最优移束时的内爆对称性结果.二维模拟结果表明,按cosγ假设移束的热斑更对称.分析了激光的束间功率不平衡、激光束重瞄精度和靶丸定位精度对靶丸表面辐照均匀性的影响.模拟结果表明,为了不显著降低靶丸表面辐照均匀性,需要将束间功率不平衡控制在5%以内,激光束重瞄精度和靶丸定位精度控制在7 μm以内.     

Two-Dimensional Multi-Lens Array with Circular Aperture Spherical Lens for Flat-Top Irradiation of Inertial Confinement Fusion Target

A two-dimensional multi-lens array 350 mm in diameter with spherical element lenses has been tested to improve the irradiation uniformity of a high power glass laser for inertial confinement fusion (ICF). A circular shape for the element lens aperture is chosen to eliminate azimuthally asymmetric intensity distribution. An approximate flat-top intensity distribution is obtained with a lens array of 37 lenses. Beam patterns of a coherent laser and partially coherent light (PCL) with the random phase plate (RPP) and the multi-lens array (MLA) are measured in a GEKKO XII glass laser system. Spherical mode structure of the irradiation nonuniformity of 5.6% with MLA is estimated with cos3 θ distribution of absorption coefficient in the target plasma.     

Geometric Arrangement with Multiplicity of Laser Beams in Target Area

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An Image Array System for Uniform Illumination of Laser Fusion Target

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高重复频率激光对光学材料损伤特性的研究

研究了几种红外窗口材料的高重复频率Ｎｄ：ＹＡＧ激光和Ｃｕ蒸气激光体损伤规律，发现样品损伤有明显积累效应。经过分析，发现高重复频率激光损伤是一处微观损伤积累过程，并引入吸收元的概念建立了一个简单的损伤积累模型。     

激光直接写入过程的计算机仿真研究

基于光刻胶正胶曝光显影过程的理论模型,用梯度折射率介质光线追迹的方法进行了由于局部溶解 同而造成的显影过程 胶面面形随时间变化过程的计算。对任意给定的曝光量分布及显影时间,可以精确地确定显影后的面形,为激光直写研究提供了一种有效的工具。同时,通过对显影速率作阈值近似后,导出了光刻胶曝光显影后面形与表面所需曝光量分布之间的关系,为激光直接写入提供了理论指导。     

激光引信驱动电路器件选择和布局分析

激光引信用脉冲半导体激光器驱动电路要求驱动电流大、脉冲窄,减小回路等效电感是设计的关键。选择电磁对称性器件、器件的对称分布、多个器件并联使用可以有效降低电路回路的等效电感。实验结果表明,驱动电路脉冲电流前沿可达1.9ns,幅度50A,脉宽7ns,频率5kHz。该研究为快速大电流设计电路提供了参考。     

激光直写邻近效应的校正

邻近效应是限制光刻系统分辨力的一个重要因素,它也限制了激光直写在亚微米和亚半微米光刻中的应用。分析了激光直写邻近效应产生的原因,指出它和电子束直写及投影光刻的区别,提出了一种简便有效的邻近校正方法。实验表明,通过光学邻近校正（ＯＰＣ）,利用微米级激光直写系统,制作出了０．６μｍ的实用光刻线条     

半导体材料的激光辐照效应计算和损伤阈值分析

在激光对抗中,探测器容易受到激光损伤,为此研究了连续强激光对半导体材料的损伤机理,建立了氧碘化学激光器辐照InSb圆板型靶材的二维物理模型。在圆柱坐标系中利用积分变换法,求解热传导和热弹性力学方程组。得到由激光辐照引起的温度场和热应力场的瞬态分布。经过严格的理论分析,计算出InSb材料的激光破坏阈值,讨论了,不同的辐照时间和光斑半径对破坏阈值的影响。研究发现其破坏形态为熔融破坏,一般不会出现解理或炸裂现象,这一结果与相关实验报道一致。最后分析了与温度有关的非线性参量对损伤阈值的影响。     

飞秒脉冲激光对YAG晶体的辐照作用的研究

采用波长为800nm，脉冲宽度为120fs的飞秒激光对提拉法和温梯法生长的YAG晶体进行辐照。并对辐照后的样品进行吸收光谱及电子顺磁共振谱(EPR)的检测。结果表明，提拉法的晶体在经过辐照后，255nm吸收峰减弱，同时在370nm处产生新的宽峰吸收，其产生原因是由于样品内部分Fe^3 转化成Fe^2 ，并有少量F^ 心生成。对比两种不同方法生长的晶体，温梯法生长的YAG晶体的抗激光辐照能力略优于提拉法生长的晶体。     

Influence of the Asynchronous Multibeam Irradiation of a Spherical Fusion Target by Megajoule Laser Beams on the Efficiency of Thermonuclear Burning

We have studied the dependence of the compression and burning of a spherical direct-drive fusion target on the nonuniformity of its heating caused by the asynchronous arrival of laser beams under conditions of irradiation by a modern laser system with a total energy of 2 MJ intended for the fuel ignition and fusion energy evolution equal to the absorbed laser energy. The investigation is performed by numerical simulation based on 2D hydrodynamic codes. It is established that the limiting permissible spread of the moments of laser pulse action on the target for ignition significantly exceeds the level that can be ensured using modern methods of controlled temporal synchronization of laser beams.