ICF驱动器光纤前端系统偏振控制技术

 针对ICF驱动器对光纤前端系统输出光脉冲的质量及稳定性要求，通过实验分析了光纤系统的偏振特性，实验探索了不同的偏振控制技术。并针对系统窄光谱（pm级）、短脉冲（ns级）的特点以及系统末级输出对时间特性的要求，采用空间平均的退偏振方式，能有效实现光信号的完全退偏。光纤系统增加退偏器后输出稳定性达到了1.72%，大大提高了系统输出的稳定性。     

高稳定激光脉冲波形精密调控技术研究与应用

提出了基于激光脉冲波形精密调控和能量稳定性控制的双回路同步闭环设计方法,进而在任意波形发生器与预放大系统输出处建立脉冲波形闭环控制系统,在保偏大模场光纤放大器和再生放大器间建立能量稳定性闭环系统。依托大口径高通量实验平台,实现了激光脉冲波形的快速高稳定精密调控,脉冲波形闭环精度优于2%（RMS）,脉冲能量稳定性优于5%（PV）。该技术成功应用到物理实验正式发射中,常规整形脉冲波形的功率准确度优于2%,相关结果有力支撑了ICF激光驱动器激光参数精密调控设计。     

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.     

色散管理掺铥光纤激光器高能量脉冲的产生

设计了一种基于色散管理的掺铥光纤激光器。通过调节泵浦功率以及腔内偏振态，首先实现了稳定的展宽脉冲输出，中心波长和脉冲宽度分别为1 939.4 nm和482 fs。最大输出功率为15 mW，对应的单脉冲能量为0.52 nJ。增加泵浦功率到645 mW时，通过适当调节偏振控制器可以实现类噪声脉冲锁模，中心波长为1 940.1 nm。所实现的锁模脉冲具有飞秒量级的尖峰以及皮秒量级的基底。最大输出功率为20.4 mW，相对应的单脉冲能量为0.7 nJ。相比于传统孤子，采用色散管理所实现的锁模脉冲具有更高的脉冲能量。此外，所设计的掺铥光纤激光器可作为理想的主振荡功率放大以及啁啾脉冲放大结构的种子源，进一步提高脉冲能量，拓展2 μm高能光纤激光器的实际应用。     

Tunable high energy giant chirped passively mode-locked Yb-doped fiber laser

A tunable, low-repetition rate, all-normal-dispersion Yb-doped fiber laser (YDFL) that is passively mode locked based on a phase shifted long period fiber grating (PS-LPFG) is demonstrated and proposed. The mode-locking mechanism of the laser is based on nonlinear polarization evolution (NPE). Using a PS-LPFG as the spectral filter in the laser cavity, the mode-locked output wavelength can be tuned continuously and smoothly over a spectral range of 10 nm, which is the first time implementation of a tunable giant chirped pulse with all-fiber format bandpass filter in YDFL. The maximum output pulse energy is 38.9 nJ at the repetition rate of 2.499 MHz.     

用于ICF驱动器的全LD泵浦高增益放大系统研究

四个LDA侧面泵浦的Nd3+YLF激光放大器构成的高增益放大系统,采用双通放大结构,有效抑制了自激辐射,具有较高的信噪比和能量转化效率,实现了对nJ量级注入脉冲的106以上的高增益放大,具有良好的近场分布与能量稳定性.对系统的工作特性进行了研究,实现了工程化设计,已成功应用于大型ICF驱动器的能量预放大级.     

Indexed optical composite filters

A new technique called indexed composite filters (ICFs) for multiple object pattern recognition is proposed. Contrary to the usual so-called composite filters, the proposed ICF offers the possibility to identify which object of the learning class is detected at the output. The major advantage of ICF is that the output gives for every object detected two correlation peaks encoding the position and identity of the detected object. Computer simulation results are given using alphabetic input scenes that illustrates the efficiency of the proposed method.     

基于可调偏振度源的PSIM偏振光谱仪线偏振度测量结果定标校正

提出了一种基于可调偏振度源的偏振定标方法,利用方法完成了基于偏振光谱强度调制(PSIM)技术偏振光谱仪的线偏振光偏振度测量结果定标校正。以可调偏振度源输出的不同偏振度的线偏振光作为待测光源,用PSIM偏振光谱仪测量待测光源输出得到原始数据。将原始数据解析处理得到的偏振度谱与待测光源输出的理论偏振度谱进行线性拟合,得到校正系数。利用该校正系数对PSIM偏振光谱仪的测量处理结果进行定标校正。结果表明:在有效测量波段内(500~650nm),定标校正后PSIM偏振光谱仪的线偏振度测量解析精度明显提高,与待测光源输出的标准偏振度值间的最大误差由0.017减小到约为0.003,基于可调偏振度源的偏振定标校正方法具有可行性。     

High energy giant chirped passively mode-locked Yb3+-doped fiber laser with nanoseconds to picoseconds pulses

We report an all normal dispersion low repetition rate high energy passive mode-locked ytterbium-doped fiber laser with output pulses duration ranging from nanoseconds to picoseconds. The mode-locking mechanism of the laser is based on nonlinear polarization evolution and strong pulses shaping with a cascade long-period fiber grating bandpass filtering in highly chirped pulses. The laser generates highly stable pulses duration from 2.62 ns to 315 ps with a maximum pulse energy of 49.5 nJ and 2.5435 MHz repetition rate.     

Impact protection behavior of a mordenite zeolite system

By combining zeolite with water, a novel nanocomposite may exhibit extraordinary capability of energy absorption and impact mitigation. The multiple size of zeolite may lead to simultaneous yet different infiltration behaviors of water molecules, and thus multi-staged energy mitigation characteristics (which may benefit the scope of application). In this study, we investigate the dynamic infiltration behavior of water into mordenite zeolite (MOR) using molecular dynamics (MD) simulations. Thanks to its hydrophobicity and multi pore-sized structure, the MOR system has a decent energy mitigation performance upon high impact speed. Parametric studies are carried out to investigate the effects of various parameters, including the impact speed, mass, and water/zeolite ratio, on energy mitigating characteristics. The MOR/water mixture may perform better at a higher impact energy with higher MOR zeolite-water ratio. Upon unloading, the defiltration of water molecules is faster and more complete at higher impact speed. Results may guide the design and application of the energy mitigation nanosystem.     

400 Hz高光束质量高功率短脉冲激光器

研制了大能量高光束质量短脉冲激光器,系统采用主振荡+预放大器+主放大器2级主振荡功率放大器(MOPA)结构。采用双棒热效应补偿改善光束质量的措施,在重复频率400 Hz时实现单脉冲能量40 mJ、光束质量因子约为1.2的激光输出。激光器放大后实现单路脉冲能量712.5 mJ、脉宽12.4 ns的激光输出,采用球差补偿的方法提高了激光器的光束质量,在最大输出功率下实现了光束质量因子小于2.3,光光效率27.7%。偏振合束后,激光器输出能量大于1.4 J。     

基于少模光纤被动调Q柱矢量光光纤激光器

通过单模光纤和少模光纤熔融拉锥耦合的方法制备出模式转换器,而后将一层多壁的碳纳米管薄膜作为可饱和吸收体覆盖到拉锥光纤的锥区,形成一种可饱和吸收体柱矢量光器件.结合调Q光纤激光器和模式转换器件的优势,可以简单高效地产生脉冲柱矢量光束,并得到具有峰值功率高、模式纯度高等特点的脉冲高阶模式激光输出.通过实验实现了中心波长为1560nm、最大单脉冲能量和最大峰值功率分别为116nJ和57mW的稳定调Q脉冲输出.通过调节光路中的偏振控制器,可以分别实现径向和角向偏振的调Q脉冲激光的输出.     

利用啁啾脉冲光谱滤波和非线性偏振旋转技术实现高稳定性和开机自启动的全光纤掺Yb~(3+)光纤锁模激光器

建立理论模型,讨论了非线性偏振旋转全光纤锁模激光器的锁模过程、谐波过程以及导致激光器锁模运行难以稳定的影响因素.讨论了采用啁啾脉冲光谱滤波产生脉冲自振幅调制、增加激光器锁模稳定性和自启动能力的机理以及非线性偏振旋转与啁啾脉冲光谱滤波相结合实现锁模的物理过程和脉冲演化过程.研制出全光纤结构的超短脉冲掺Yb~(3+)光纤环形激光器,采用非线性偏振旋转和啁啾脉冲光谱滤波相结合的锁模技术,实现了激光器锁模的开机自启动和高稳定运行.对激光器进行了长期运行稳定性、锁模开机自启动能力、锁模输出参数可重复性监测.锁模脉冲中心波长1052.9 nm,谱宽9.1 nm,脉冲能量4.25 nJ,脉冲宽度17.8 ps.运行期间,各参数波动均小于0.3%.开机自启动能力和可重复性测试显示,激光器可实现一键自启动,启动后各参数可重复精度在0.55%以内.     

激光惯性约束聚变靶制备技术研究进展

在实验室实现聚变反应释放的能量大于点燃聚变反应所需能量的阈值是当今世界ICF研究的主要目标,实现这一目标仍需要深入研究一系列的关键物理问题。在ICF研究中,制靶能力的发展与提升至关重要,靶的质量是实验成功的核心要素之一。本文介绍了国际ICF靶制备工作近年来在新型烧蚀层材料靶丸、新型靶丸支撑技术、优化黑腔材料与构型以及减小燃料填充管直径等方面取得的一系列进展,并结合ICF物理需求,简要阐述了ICF靶的发展趋势。     

磁旋光增强效应与旋光增强器特性分析

根据法拉第磁光效应的非互易性,分析了旋光反射腔的光强输出特性,表明这种反射腔具有旋光增强效应.在此基础上提出了用于检测微小旋转角的旋光增强法,并对旋光增强器的特性进行了理论分析和仿真计算.给出了测量灵敏度随器件反射率、样品吸收因素及一次旋光角变化的关系,讨论了角度测量工作点、测量范围以及相对灵敏度理论极限问题.旋光增强器有望应用于微流控系统的旋光检测以及实现磁旋光仪器的小型化和微型化. 关键词： 法拉第磁光效应 磁旋光增强 微小旋光角检测 微流控系统     

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。     

基于MgO:APLN的多光参量振荡器实验研究及其逆转换过程演化分析

对基于MgO:APLN的多光参量振荡器进行了实验研究. 通过优化MgO:APLN极化结构及参量光耦合输出透过率, 在200 kHz高重复频率1064 nm激光抽运下, 通过单极化晶体实现了1.57 μm, 3.84 μm跨周期参量光输出, 平均功率分别达到2.4 W和1.31 W, 对应光-光转换效率为11.54%和6.25%. 同时针对多光参量振荡过程的逆转换现象, 通过耦合波方程对其进行了数值演化, 并引入“逆转换能量传导区”概念, 指出逆转换能量传导区的存在促使弱增益光学参量振荡器的参量光得到二次增强, 所得结论与实验结果相符合.     

利用超高能中子诊断惯性约束聚变的燃烧

惯性约束聚变靶丸中,高能中子相互之间发生碰撞将导致超高能中子的产生.本文讨论超高能中子产生与聚变燃烧速率的关系.数值模拟理想模型,分析超高能中子产生量与平均烧氚体积的关系,讨论利用出壳超高能中子流与烧氚量诊断二维效应和混合效应.进一步分析出壳超高能中子流与平均烧氚率的关系,探讨利用超高能中子诊断平均烧氚温度并判断是否发生非平衡效应问题.     

FISSION MEASUREMENT ON 5.5 TO 21.7MeV/A 28Si+197Au SYSTEM (Ⅱ) ANGULAR DISTRIBUTION OF ICF AND SF

According to the distribution of linear momentum transfer (lmt) obtained from the correlation measurement of fission partner,the events of Incomplete Fusion Fission (ICF) and Sequential Fission (SF) were distinguished.The fission angular distributions of both ICF and SF were obtained,respectively.
With calculating the moment of inertia by Cassinian Ovaloid as the fission shape, the angular distributions were fitted by current procedure.The spins of fission nuclei corresponding to ICF and SF are extracted.The relation between spins and bombarding energy is discussed.Besides,the angular distribution in coincidence with complex particles is discussed.     

电光调制对外部光反馈垂直腔表面发射激光器输出矢量混沌偏振的操控

基于周期性极化铌酸锂晶体的线性电光效应耦合波理论,数值研究了电光调制对外部光反馈垂直腔表面发射激光器(VCSEL)输出矢量混沌偏振模的操控.研究结果表明,VCSEL输出的偏振度随着电光晶体的长度或施加于电光晶体的外电场强度成周期性转换,控制一定的施加外电场强度和晶体的长度,激光器的不同参数下引起初始混沌偏振态都可以转换为其他任意混沌偏振态.特别是合理选择一定的施加外电场强度或晶体长度,VCSEL输出的任意混沌偏振模可以转换为完全一致的两线性混沌偏振模(x和ŷ偏振),即两线性混沌偏振模的能量能够达到稳定和完全均衡.