高功率脉冲激光系统的原理和进展

概述了高功率激光的进展,提出了高功率激光系统的设计依据：讨论了激光器单元的基本原理和技术;最后介绍了最近发展的某些激光系统。     

基于现役装置的冲击点火可行性概念研究

以冲击点火物理特性的研究为基础, 分析冲击点火对高功率激光驱动器的物理需求, 然后从总体层面概括给出基于现役装置(神光III等间接驱动中心点火高功率激光装置) 研究冲击点火面临的关键技术问题. 研究表明, 基于现役装置的冲击点火主要面临两个层面的问题, 首先是非均匀光路排布下实现均匀辐照的工程层面问题, 其次是在现役装置上高效实现冲击点火激光脉冲的激光技术层面问题. 通过研究 分别对两个层面的问题提出相应的解决思路, 为后续研究奠定基础.     

激光核聚变与高功率激光:历史与进展

回顾激光聚变近50年来的发展历程,评述聚变物理与高功率激光驱动器的研究进展,展望聚变能源未来前景.     

超音速高密度喷流对撞过程中的高效能量转移

在双锥对撞点火激光核聚变方案中,两个锥口相距约100μm放置的金锥内氘氚球冠靶在高功率纳秒激光烧蚀驱动下,获得沿金锥的球对称压缩和加速,形成沿着金锥轴向的超音速高密度喷流,出射喷流在两个金锥的几何中心发生对撞减速并形成聚变密度等离子体.在对撞过程中,高速运动喷流的动能转化为内能,实现对等离子体的预加热,与此同时,皮秒拍瓦激光产生的高能快电子从垂直方向入射并加热高密度等离子体,使其快速升温达到聚变温度,实现聚变点火. 2020年在中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光联合实验室神光Ⅱ升级激光装置上,我们利用总能量为10 kJ的八路纳秒激光进行了两轮实验.实验利用包括X射线汤姆逊散射、硬X射线单色背光成像、X射线条纹和分幅成像等多种主动、被动诊断方法对超音速高密度喷流对撞过程进行了高时空分辨研究,实验测量发现,在单锥口形成的超音速等离子体喷流密度为5.5—8 g/cm~3;在对撞过程中形成了阻滞时间约200 ps的高密度等离子体,中心密度达到了(46±24) g/cm3.通过对等离子的温度、速度的分析发现,对撞过程中动能到内能的转换效率高达89.5%.     

高功率多程激光放大系统的优化设计

利用光束传输模拟程序对高功率多程激光放大系统进行了优化设计, 所用方法和所得结论对高功率激光放大系统的设计有应用意义。     

高功率多程激光放大系统的优化设计

 利用光束传输模拟程序对高功率多程激光放大系统进行了优化设计, 所用方法和所得结论对高功率激光放大系统的设计有应用意义。     

成组设计在高功率激光装置中的应用

在高功率激光装置研制中首次引入成组技术概念,并以空间滤波器为例论证了在高功率激光装置的器件研制过程中实施成组设计的必要性和可行性最后讨论了计算机辅助成组设计系统(GTCAD)的组成和在高功率激光装置中具体实施过程.     

高功率激光脉冲光纤取样的实验研究

光纤取样可以降低高功率激光脉冲时间波形测量成本,并提高测量系统抗干扰能力。光纤耦合效率、信号保真度、信号获取率是采用光纤取样测量高功率激光脉冲时间波形的难点。针对大型高功率激光脉冲宽度窄、光束口径大以及输出光束远场漂移量大等特点,设计了一套激光脉冲光纤取样系统,在全口径取样和不降低信号保真度的条件下有效解决了测量系统信号获取率低下的问题,充分保证了测量系统的可靠性。     

激光点火系统用高功率光纤光开关

 仿真和实验研究了一种控制Nd:YAG脉冲激光能量通断的光纤直接连接型光开关。建立光纤耦合模型,分析了光纤对准误差中对耦合效率的影响,其中横向偏移的影响最显著。采用微机电系统V型槽固定光纤,微小型凸轮作为制动器,步进电机驱动凸轮旋转,微小型凸轮与移动光纤相切,带动光纤移动,实现两光纤的错开和对准。制造了这种高功率直接连接型光纤光开关原理样机,并进行了主要性能测试。测试结果表明,这种光开关能够满足激光点火系统的大容量、高隔离度的要求。     

多波段高功率激光扩束系统设计

 对透射式和反射式扩束系统应用于高功率激光扩束的优缺点进行了对比研究。采用次镜为凸抛物面,主镜为凹抛物面的无焦卡塞格林系统,运用ZEMAX光学设计软件,按激光扩束系统的扩束倍率和系统的波像差要求,设计出多波段高功率激光扩束系统。对用于高功率激光反射镜的基底材料进行分析,选用无氧铜作为基底材料;采用金增强的膜系设计,膜系从近红外到远红外宽光谱波段激光的反射率均在98%以上。面形精度均方根值优于λ/40(λ=0.632 8 μm)的平面镜作为基准镜,采用光学干涉方法对设计的激光扩束系统进行检测实验,结果表明：该扩束系统的扩束倍率为3.53,波像差为0.206λ,满足多波段高功率激光光束发射要求。     

激光点火系统温度效应及其控制技术的研究

激光点火系统应用于武器系统必须符合高低温性能的要求。研究了激光点火系统的高低温特性,得到了激光二极管阈值电流和输出光功率随温度变化的规律。基于对规律的分析,研制了带温控技术的激光点火系统。该系统以单片机为控制部件,以TEC为温控部件,以负温度系数热敏电阻为测温元件。     

A new ignition hohlraum design for indirect-drive inertial confinement fusion

In this paper,a six-cylinder-port hohlraum is proposed to provide high symmetry flux on capsule.It is designed to ignite a capsule with 1.2-mm radius in indirect-drive inertial confinement fusion(ICF).Flux symmetry and laser energy are calculated by using three-dimensional view factor method and laser energy balance in hohlraum.Plasma conditions are analyzed based on the two-dimensional radiation-hydrodynamic simulations.There is no Y_(lm)(l≤4) asymmetry in the six-cylinder-port hohlraum when the influences of laser entrance holes(LEHs) and laser spots cancel each other out with suitable target parameters.A radiation drive with 300 eV and good flux symmetry can be achieved by using a laser energy of 2.3 MJ and peak power of 500 TW.According to the simulations,the electron temperature and the electron density on the wall of laser cone are high and low,respectively,which are similar to those of outer cones in the hohlraums on National Ignition Facility(NTF).And the laser intensity is also as low as those of NIF outer cones.So the backscattering due to laser plasma interaction(LPI) is considered to be negligible.The six-cyliner-port hohlraum could be superior to the traditional cylindrical hohlraum and the octahedral hohlraum in both higher symmetry and lower backscattering without supplementary technology at an acceptable laser energy level.It is undoubted that the hohlraum will add to the diversity of ICF approaches.     

The Study on the Laser Ignition Modeland Its Analytic Solution of Solid Energetic Materials

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｌａｓｅｒｉｇｎｉｔｉｏｎ ,ａｓａｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅｎｅｗ ｔｙｐｅｉｇｎｉｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ,ｉｓｐａｉｄｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｂｙｍａｎｙｃｏｕｎｔｒｉｅｓ.Ｔｈｅｌａｓｅｒｉｇｎｉｔｉｏｎｉｓａｖｅｒｙｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ,ｗｅｃａｎｎｏｔｋｎｏｗｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｓｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｌｙ ,ｓｏａｔｔｈｅ…     

介观尺度下活性炭微粒的光镊捕捉、点火和扩散燃烧特性研究

为探索介观尺度下固体燃料微粒的燃烧现象,本文提出采用光镊工具对活性炭微粒进行捕捉、悬浮、定位,再通过激光点燃,研究其着火及扩散燃烧特性.介观尺度燃烧室中,光镊捕捉7.0μm活性炭微粒的最低捕捉功率为3.2 mW,捕捉速率范围为103.7—70.0μm/s;活性炭微粒在静止气流中的最低点火功率为3.2 mW,颗粒的等效粒径、周长、面积和圆形度对最低点火功率影响甚微,点火延迟时间约48 ms,提高点火功率,点火延迟时间缩短,最小点火延迟时间小于6 ms;活性炭在着火后先发生无焰燃烧,紧接着发生有焰燃烧,无焰燃烧的扩散燃烧速率满足粒径平方直线规律,其燃烧速率范围为15.0—8.0μm/s;有焰燃烧的火焰面积和强度随燃烧时间发生闪烁,其闪烁频率约29.1 Hz.对于粒径为3.0μm的活性炭微粒,从加热到完全燃烧殆尽所需时间约0.648 s.结果表明:对于聚焦后的高能激光束点燃活性炭微粒的着火属于联合着火模式,在挥发份析出之前,活性炭非均相着火而发生无焰燃烧,挥发份析出后被点燃发生均相着火,火焰面始终保持圆形.     

星光Ⅱ激光装置自动控制系统的研制

星光Ⅱ激光装置是一台能够输出三种波长的高功率钕玻璃激光系统，主要用于ICF基准物理实验。详细介绍了星光Ⅱ激光装置自动控制系统的研制情况，该控制系统对我国新一代高功率固体激光驱动器控制系统的设计具有一定参考价值。     

高能激光对四象限制导器件的影响分析

为了有效地实施激光干扰,需要确定高能激光对四象限制导器件的影响。分析了由高能激光诱导的四象限制导器件的温升分布。理论分析和数值计算表明,在持续的强激光作用下,会造成光电材料的硬损伤。利用典型的比例导引跟踪系统的系统函数,验证了高能激光对四象限制导器件实施激光干扰的有效性。