在间接驱动内爆实验中采用花生腔增强对称性调控

在100 kJ激光装置上开展了基于三台阶整形脉冲的间接驱动惯性约束聚变内爆实验研究.采用传统充气直柱金壁黑腔设计,在激光脉冲作用后期,腔内金等离子体运动对激光能量沉积和X光辐射场空间分布产生严重扰动,导致靶丸赤道驱动偏弱,形成不可接受的扁圆内爆.本文采用新型的花生腔设计,通过调节外环激光光斑及其产生的金泡的初始位置,补偿和缓解金等离子体运动对黑腔X光辐射分布产生的扰动影响,获得球对称的靶丸辐射驱动.在靶丸驱动辐射温度相同的条件下,由于驱动对称性得到显著改善,实验观测到花生腔内爆热斑接近球形,中子产额的测量结果与内爆一维模拟计算结果的比值(YOS)达到30%;而直柱腔内爆热斑呈现扁圆形状, YOS仅为13%.模拟计算和实验结果一致表明,在三台阶整形脉冲驱动内爆实验中,花生腔设计可以有效抑制外环金泡膨胀加剧产生的不利因素,增强辐射驱动和内爆对称性调控,并提高内爆性能.     

神光II装置辐射驱动内爆对称性的研究

 对神光II条件下辐射驱动内爆的不对称性进行了二维数值模拟。模拟结果表明，靶妨内爆的不对称性对辐射温度的不均匀性非常敏感，DT平均压缩度则对其不敏感。同时，内爆不对称性对中子产额和内爆效率有一定的影响。辐射驱动内爆的不对称性可以利用辐射温度源的时间调制得到明显的改善。     

辐射温度与其驱动Al冲击波速度的定标关系研究

利用一维辐射流体力学程序,对不同脉冲波形的辐射温度与Al中冲击波速度关系进行模拟计算和分析.指出定标公式T_r=0.0126D^0.63主要适用于整形脉冲的辐射温度波形,而对高斯型和方波脉冲激光产生的辐射温度波形则不完全适用,通过计算给出修正的定标公式,且与自相似解得到的结果一致.另外对神光Ⅲ原型装置的整形脉冲辐射温度驱动Al样品冲击波轨迹进行了计算,得到第二个冲击波稳定传播所要求的Al样品的最小厚度.最后利用神光Ⅱ装置产生的辐射驱动冲击波,由修正的定标关系得到的辐射温度与软X射线能谱仪测量的辐射温度十分相符,从实验证实了修正定标关系的可靠性. 关键词： 辐射温度 冲击波速度 定标关系 整形脉冲     

辐射驱动气体靶丸压缩过程数值模拟

 利用整形脉冲驱动内爆是实现燃料高收缩比压缩的有效方法。单脉冲辐射驱动冲击波压缩气体靶动力学过程可分为冲击波压缩、近等熵压缩、压缩降温和膨胀降温4个阶段，其中近等熵压缩阶段是获得燃料高密度的关键。通过改变第一个台阶结束时间，可找到合适的双台阶辐射整形脉冲驱动内爆，获得比单一脉冲驱动更高的压缩密度。数值模拟结果显示：利用第1个台阶产生的冲击波多次压缩燃料，同时逐步提高燃料区压强，这样第2个冲击波传入燃料区时的强度很弱，几乎不引起熵增，但能进一步压缩燃料。同样的原理可推广到多台阶整形脉冲驱动内爆压缩研究中。     

神光Ⅲ激光装置直接驱动内爆靶产生的连续谱X光源

激光驱动的内爆靶通过轫致辐射过程可以产生覆盖1—100 keV能区的小尺寸、短脉冲和高亮度的光滑连续谱X光源,可用于高密度等离子体的点投影照相和吸收谱诊断等.本文对30—180 k J输出能量的神光Ⅲ激光装置直接驱动氘氚冷冻靶产生的连续谱X光源辐射特性进行了模拟研究,为优化内爆光源提供物理基础.采用了美国OMEGA激光装置和美国国家点火装置(NIF)使用的定标率来给出不同驱动能量时的靶参数和激光脉冲参数.研究发现,内爆靶丸在停滞阶段瞬时的密度和温度剧增可以产生尺寸约100μm、发光时间约150 ps的X光脉冲;X光辐射主要产生于被压缩的氘氚冰壳层内侧、而不是中心的高温气体热斑区;等离子体的自吸收可以显著降低1—3 keV的较低能区的X光发射,但对更高能区没有影响;X光辐射主要集中在30 keV的较低能区,氘氚聚变反应可以增强30 keV的硬X光辐射、但对30 keV的较软的X光辐射没有明显贡献.     

脉冲驱动磁化等离子体内爆升温点火的数值模拟北大核心CSCD

通过建立物理模型,用一维三温拉氏磁流体力学程序分析了由强电流(MA)脉冲驱动的金属套筒内爆压缩磁化等离子体的升温点火及能量增益过程。分析了脉冲驱动的金属套筒内爆、不同驱动源对金属套筒内爆升温的影响、Z箍缩过程中内嵌磁场和预加热温度对磁化等离子体升温的影响,以及点火需要的初态参数和点火后的能量输出。此外,对该过程中磁场增加α粒子能量沉积、降低电子离子热传导能量损失的物理机制做了介绍和分析。磁流体数值模拟结果显示:当初始的内嵌磁场和燃料的预加热温度分别取5T和250eV时,即可获得超过4keV的升温,初始参数包括内嵌磁场、预加热温度、燃料密度、套筒尺度、驱动脉冲幅值、加载时间等。在一定的条件下,点火成功,可产生kT量级的强磁场,并获得百kJ/mm量级的能量输出。     

数值模拟辐射驱动2维内爆压缩过程

采用2维三温非平衡辐射流体力学程序LARED-H数值模拟辐射驱动内爆过程。针对2维三温能量方程九点差分格式离散后的线性方程组,采用了高效的Krysolv子空间迭代解法,改进了代数解法器。将1维间接驱动内爆总体程序CFJ与LARED-H程序的计算结果进行比对,验证了LARED-H程序数值模拟1维内爆问题的正确性。并数值模拟了不同腔长辐射温度源驱动下的2维靶球运动,数值结果显示:随着腔长的增加,高压缩内爆燃料区分别被压缩成香肠形、球形和铁饼形,数值模拟结果与神光Ⅱ的实验结果定性上相同。     

整形脉冲驱动下透明材料离化现象

 利用成像型速度干涉仪研究了大型激光原型装置整形脉冲驱动实验中产生的预热效应。对冲击波传输过程进行了分析,发现第１和第２个冲击波的起始时刻都在胶层里面,第３个冲击波的起始时刻在熔石英窗口里面。实验发现,由于X光离化效应的影响,第１和第２个冲击波传输引起的条纹跳变并没有观察到。第２和第３个激光脉冲前半部分产生的离化效应将透明窗口完全漂白,导致成像型速度干涉仪获得的条纹图出现了间断。实验观察到了第３个激光脉冲驱动的冲击波在熔石英中产生的加速和减速过程。对整形脉冲获得的实验结果进行了初步解释,得出现有条件下整形脉冲驱动应注意的问题为：控制最高辐射温度,选用带隙大的窗口材料,尽量减小胶层的厚度。     

腔靶X射线辐射特性实验研究

在上海“神光”装置上,对柱形腔靶X射线辐射的温度、光谱以及时间特性进行了实验研究,得到内爆区轴向温度随空间位置的变化特征。观测到腔内激光直接烧蚀靶物质产生的第一次X射线辐射和等离子体运动、汇聚形成的第二次X射线辐射,两次辐射的时间间隔为1.2ns。通过测量源区和内爆区X射线辐射空间能谱结构,结果表明源区X射线辐射能谱是非平衡的,而内爆区X射线辐射能谱近似为Planck谱。 关键词：     

通过理论定标律研究激光间接驱动的参数空间

系统地梳理了激光间接驱动点火靶内爆压缩的物理过程,使用理论方法和一维流体力学模拟给出了靶丸内爆过程中的关键定标律公式。通过这些定标律公式获得了在给定黑腔辐射温度、飞行熵增因子、整形速度和烧蚀材料的条件下,靶丸装量——半径参数空间的点火岛区域。研究了靶丸性能参数随辐射温度、飞行熵增因子等的变化规律:当靶丸所处黑腔辐射温度升高时,内爆的稳定性将变好;设计上在靶丸装量不变的条件下,靶丸半径需要减小。当靶丸的飞行熵增因子增大时,内爆增益略微减小,内爆稳定性变好;但是点火阈值因子减小导致点火岛的区域变窄。当靶丸的整形速度增大时,点火岛的区域略微变大,内爆稳定性变化不显著;设计上在靶丸装量不变的条件下,需要增大靶丸半径,这会导致靶丸壳层形状因子变大。当改变靶丸烧蚀材料,提高质量烧蚀速率与烧蚀压时,能量增益变大且稳定性增强;设计上在靶丸装量不变的条件下,需要减小靶丸半径。     

基于小波分析的高斯脉冲成形的递归实现

基于小波分析的指数衰减信号高斯脉冲成形滤波器,可以进一步表示为高斯函数及其导数的线性组合.以高斯函数及其导数的递归近似实现算法为基础,研究了基于小波分析的指数衰减信号高斯脉冲成形的递归近似实现算法.仿真指数衰减信号和实际采样指数衰减信号的高斯脉冲成形表明,递归近似高斯脉冲成形与直接卷积高斯脉冲成形符合得非常好,体现了基于小波分析的高斯脉冲成形的特点.研究成果为进一步研究高斯脉冲成形在数字芯片上的实现提供了必要的数字算法基础. 关键词： 高斯脉冲成形 递归实现 小波分析     

有限厚度传导孔径对太赫兹脉冲的时空整形

太赫兹脉冲经时空整形后常被用在太赫兹光谱和成像上。用三维时域有限差分法模拟了矩形和圆形孔径的整形效应,模拟结果表明有限厚度矩形和圆形孔径对太赫兹脉冲能实现有效的整形和滤波。当矩形孔径长边垂直于入射波的偏振方向时,矩形孔径有较好的整形和滤波作用,当矩形孔径长边平行于入射波的偏振方向时,几乎没有明显的整形和滤波作用。圆形孔径具有比矩形孔径更加显著的整形和滤波作用。这些模拟结果用平面光波导理论可以得到很好的解释。     

光束整形在激光照明中的应用

提出利用光束整形技术提高激光照明均匀性、调节照明远场光斑尺寸的方法,用Easylaser激光仿真软件分析光束截断比对照明均匀性的影响,分析大气湍流条件下光束整形对照明均匀性的影响,并比较调节光束质量与光束整形对照明均匀性的影响。结果表明:光束整形具有调节照明激光远场光斑尺度及均匀性的能力,相位调节因子越大,整形后远场光斑半径越大、均匀性越好;光束截断比越大照明均匀性越好;弱湍流条件下,光束整形比调节光束质量的照明激光远场光斑均匀性更好。     

基于小波分析的指数衰减信号高斯脉冲成形

基于小波分析技术实现了指数衰减信号的高斯脉冲成形,高斯脉冲成形信号的峰幅度和峰位置分别表征了辐射粒子的能量信息和辐射事件发生的时间信息.仿真信号和实际采样信号的实验结果显示,指数衰减信号被成形为真正的高斯信号;这表明,基于小波分析的高斯脉冲成形技术是有效的,为进一步研究高斯脉冲成形的数字实现算法提供了必要的理论基础. 关键词： 指数衰减信号 高斯脉冲成形 小波分析     

Design and optimization of phase plates for shaping partially coherent beams by adaptive genetic algorithms

The adaptive genetic algorithms (AGAs) are applied to the design and optimization of phase plates for shaping partially coherent beams. The simulation procedure based on the AGAs is described. Numerical examples for shaping partially coherent Cosh-Gaussian (ChG) and Hermite-Gaussian (HG) beams demonstrate the advantage of the AGAs in applications to the partially coherent beam transformation and shaping.     

激光脉冲时域整形及其对发射度的改善效果

 利用脉冲堆积法对驱动激光脉冲进行了时域整形,并利用条纹相机测量到了理想的整形结果。在脉冲堆积法的基础上,给出了近似椭球体整形的方案。模拟结果表明：利用脉冲堆积法整形后得到激光脉冲驱动光阴极可以获得更小的发射度;对于测量到的半高全宽（FWHM）为3.82 ps的脉冲,8个子脉冲堆积比4个子脉冲堆积更为有利;此外,对激光脉冲作近似椭球体整形可以进一步降低束流发射度。     

基于镜像分析的空心导管光束整形原理研究

基于镜像原理,对空心导管LD面阵光束整形的原理和输出光场的特点进行了分析,并对LD面阵光束经过空心导管后的光强分布进行了仿真.发现空心导管将LD不同角度范围的光束进行分割,并在出射面内叠加的光束整形原理.通过仿真得出由于发散角较大以及各分割角度范围光束角度不连续,使出射面上的平顶光束发生畸变,只适于泵浦薄激光介质的结论.     

Ultrafast optical pulse shaping: A tutorial review

This paper presents a tutorial on the field of femtosecond pulse shaping, a technology that enables generation of nearly arbitrary, user defined, ultrafast optical waveforms, with control of phase, amplitude, and polarization. The emphasis is on Fourier transform pulse shaping, the most widely applied technique. Selected pulse shaping applications are described, with specific discussion of coherent control of quantum and nonlinear processes and of lightwave communications. Two new areas of pulse shaping research, namely, hyperfine spectral resolution pulse shaping and pulse shaping applications in ultrabroadband RF photonics, are discussed and illustrated with examples taken from the author's laboratory.     

Spectral shaping to improve the point spread function in optical coherence tomography

We demonstrate inhibition of the sidelobes of the axial point spread function in optical coherence tomography by shaping the power spectrum of the light source with a remaining power of 4.54 mW. A broadband amplified spontaneous emission source radiating at 1565 +/- 40 nm is employed in a free-space optical coherence tomography system. The axial point spread functions before and after optical spectral shaping are presented. Results show that spectral shaping of the source can inhibit sidelobes of the point spread function up to 12.9 dB, with an associated small increase of 2.2 dB in noise floor in the far field. The effect of spectral shaping on axial resolution is demonstrated according to three metrics. Image quality improvement is also illustrated with optical coherence tomography images of an onion before and after spectral shaping.     

基于自适应遗传算法部分相干光整形位相板的优化设计

基于自适应遗传算法,对部分相干光整形的相位板做了优化设计.以高斯-谢尔模型(GSM)光束为例,推导出远场光强的解析表达式.最优化设计的位相板能将GSM光束变为平顶光束.数值计算例表明空间相干性对光束整形效果的影响.与已有工作相比较说明自适应遗传算法用于部分相干光整形的优点. 关键词： 自适应遗传算法 光束整形 部分相干光 位相板