LARED-H程序的激光黑腔靶耦合数值模拟

LARED-H程序是一个可用于激光黑腔靶耦合数值模拟研究的二维辐射流体力学程序。黑腔等离子体所形成的复杂流场使单纯的拉格朗日网格在计算中产生严重扭曲，影响计算精度，并导致计算中断。拉氏加网格重分是计算激光黑腔靶耦合常用的算法。对LARED-H程序的积分网格重分方法在网格重构和物理量重映方面作了较大改进，并利用改进后的LARED-H程序模拟了“神光”-Ⅱ和“神光”-Ⅲ条件下的激光空腔靶耦合物理全过程。     

激光腔靶中等离子体流场的数值模拟

针对激光腔靶中等离子体流场的复杂性,提出了一种网格的自适应算法以及活动网格方法。应用这些方法在不同的腔靶上进行了一些数值计算。得到的结果表明,这些数值方法是有效的。     

激光靶耦合问题的二阶精度重映算法研究

 任意拉格朗日欧拉方法被认为是解决2维流体力学大变形数值模拟的有效途径之一。以激光黑腔靶耦合问题为背景,结合质量流的物理意义,提出了一种二阶守恒物理量重映的算法,并利用1维激光靶耦合程序对方法及其可行性进行了考察,结合物理问题调整网格,用较少的网格得到了与较多网格拉氏计算同样的结果。为算法在2维LARED-H程序中的应用奠定了基础。     

激光靶耦合问题的二阶精度重映算法研究

任意拉格朗日欧拉方法被认为是解决2维流体力学大变形数值模拟的有效途径之一。以激光黑腔靶耦合问题为背景,结合质量流的物理意义,提出了一种二阶守恒物理量重映的算法,并利用1维激光靶耦合程序对方法及其可行性进行了考察,结合物理问题调整网格,用较少的网格得到了与较多网格拉氏计算同样的结果。为算法在2维LARED-H程序中的应用奠定了基础。     

在r-z柱坐标系中的三维光路追踪

编制了一个新的三维光路追踪程序，它可计算任意方向的光线通过网格的轨迹，这个程序将更准确地模拟真实的激光光束在柱型腔靶中的三维传播。     

基于激光靶耦合问题的二阶精度重映算法

在现有二维激光靶耦合程序LARED-H中，用流体力学方程组描述等离子体的运动，流体计算以拉氏计算为主，经常由于网格的大变形导致数值计算提前终止。ALE方法是目前解决大变形问题中比较流行的方法，在二维空腔计算中，希望能在变形较大的地方采用欧拉区来解决大变形问题。高精度的重映算法是ALE算法中最重要的部分之一，本工作的目的就是研究适用于激光靶耦合问题的高精度重映算法。     

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介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2ns三倍频激光与黑腔靶相互作用的实验。报道了采用PIN探测器阵列测量大角度受激Raman散射（SRS）角分布和采用激光卡计对背向SRS光能量积分测量的实验结果。相同实验条件下激光辐照缝靶产生的SRS光能量要强于激光与全腔靶作用产生的SRS光，小腔靶的SRS光能量要强于标准腔靶。对比长脉冲2ns及短脉冲1ns激光打靶实验结果可以看出：由于激光功率密度的下降，长脉冲激光打靶时SRS散射光能量要弱于短脉冲激光打靶。长脉冲2ns激光与标准腔靶相互作用时，等离子体堵腔比较严重。     

激光相变烧蚀二维程序LHAP2D研制

激光相变烧蚀二维程序LHAP2D的物理方案给出了空气环境中强激光引起的金属靶相变烧蚀的二维整体物理图像，并从固态物质、液体材料、气体对激光反射、折射和吸收规律，热能传递，状态方程等方面对所涉及的复杂物理过程进行了详细描述，最后给出了含相变的可压缩、多尺度、多相流体力学方程组。该方案还重点对激光能量在靶的固、液、汽三相和环境空气中的沉积律进行了理论描述，物质的状态方程用Sesame库。强激光与靶相互作用所涉及的物理过程的特征时空尺度相差很大(可达数个量级)，并且还涉及空间上的强间断、大梯度分布和相变界面移动的动界面过程，对它进行数值模拟有极大的难度，尤其是扩展到二维情形以后。     

制成完全取向的D相准晶薄膜

用磁控溅射和后期退火的方法，首次制成了完全取向的Ｄ相准晶薄膜。这种薄膜对准晶的基础研究和应用研究都有重要意义。     

激光入射孔径对柱形腔靶辐照不均匀度的影响

 研究了激光入射孔径对柱形腔靶中 l=2阶靶丸辐照不均匀度的影响，计算得到了激光入射孔径对辐照不均匀度随时间变化的影响可以用源于某一固定点的一族曲线来描述。此固定点是由与激光光斑的位置决定的，与腔靶的半径和入射激光束的入射角有关，而与激光入射孔径的大小无关。辐照不均匀度随时间的变化是由激光光斑的辐射温度的变化和腔壁辐射温度的变化决定的，激光入射孔半径的大小影响着辐照不均匀度随时间变化的曲线的梯度，入射孔越大，曲线的梯度就越大。激光入射孔对l=2阶靶丸辐照不均匀度的影响与入射孔半径近似呈线性关系。     

激光等离子体喷射空间特性实验观测

用１．０５３μｍ的高功率激光辐照不同类型的柱形腔靶，采用空间成像技术分别获取激光注入孔、腔内和输运口等离子体喷射空间分辨图像，对激光等离子体喷射空间特性进行了实验观测。还采用了平面靶和特殊构形的转换体靶观测等离子体喷射行为。本文给出了实验中获得的典型结果，并对这些结果进行了简要的分析讨论。     

空腔靶激光能量沉积的数值模拟

本文采用随机模拟方法和几何光学追踪方法。研究了不同条件下空腔靶中的激光传播光路:采用线性收缩假设,考虑了激光入射时注入孔的堵口问题 激光在等离子体中吸收的物理机制,包括了逆韧致吸收和共振吸收,还考虑了反向布里渊散射对吸收的影响。在此基础上,改变靶的不同尺寸,计算了不同激光入射条件下激光能量在腔内的沉积,并对一些计算结果进行了讨论     

3D打印技术应用于加工微靶零件

采用三种商业3D打印机尝试加工了金属材质和树脂材质的微型靶零件。通过EOSINT M290 3D打印机以激光烧结的方式加工了钛金属靶架;通过Object 30 Pro 3D打印机以聚丙烯树脂为材料,通过喷射打印的方式加工了构型复杂的树脂靶架;通过Freeform Pico 3D打印机以蜡质树脂为材料,通过光固化成型的加工方式,获得了微腔、圆柱和平面元件,并在其表面设计了周期性图形结构。采用光学工具显微镜和共聚焦显微镜对样品的尺寸和表面形貌进行了表征。结果表明：金属靶架的线粗糙度为7.3~17.79m,抛光之后降低为0.87~1.66m;树脂靶架的面均方根粗糙度为2.88m;微腔和圆柱元件端面的面均方根粗糙度为2.03m,表面的条纹周期与设计值偏差为1.40%,平均振幅值偏差为55.50%;平面元件的面均方根粗糙度为4.87m,表面调制图形的周期与设计值偏差为0.80%,平均振幅偏差为3.60%。通过商业3D打印机加工靶零件,为惯性约束聚变实验中微靶零件的加工提供了新思路。     

激光靶中的等离子体流实验研究

在星光和神光激光装置上,用空间-时间分辨、能量-时间分辨技术,激光探针光技术以及法拉第电荷收集器,研究了平面金靶、玻璃球靶、黑洞腔靶的激光等离子体膨胀过程以及离子发射速度分布。观察到了球靶的球体与支撑杆之间以及激光未照射区的等离子体喷流结构。获得了金柱腔靶在特定功率密度下的解体时间。     

双向抽运钛宝石啁啾脉冲激光多通放大的理论与实验研究

以双向抽运方式为基点，提出了新的、更接近实际的多通放大计算模型与方法，系统地计算分析了共焦腔双向抽运钛宝石激光放大器的放大特性，进而采用新的放大构型完成了啁啾脉冲多通放大．将实验结果与理论计算进行了比较，两者符合得很好．这种放大器大大减少了放大次数并彻底避免了再生腔必需的诸多光电元件 关键词：     

束变换环孔激光谐振腔的设计与分析

分析了束变换环孔激光谐振腔的特点和优势,给出了这种复杂激光谐振腔的设计原理。对采用该方法设计的激光谐振腔空腔模式进行了计算和分析,并使用自行编写的三维光线追迹程序对这种腔的稳定性也进行了研究。结果表明这种谐振腔输出光场分布合理,相传均匀,远场分布接近衍射极限,并且这种腔对于扰动在一定范围内具有抑制能力,是一种研究价值很高的非稳腔。此外针对该腔提出的设计及模式计算方法对其他复杂腔型也具有一定的参考价值。     

2 ns,351 nm激光黑腔靶受激Raman散射实验研究

 介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2 ns,351 nm激光与黑腔靶相互作用的实验,报道了受激Raman散射光时间分辨谱图及能量测量的实验结果。长脉冲2 ns激光注入小腔靶（Ø700 mm×1 250 mm）时,激光辐照缝靶产生的SRS光能量是激光与全腔靶作用产生的SRS光能量的1.3倍。在2 ns激光与不同尺寸黑腔靶作用的情况下,激光辐照小腔靶产生的SRS光能量比标准腔靶(Ø800 mm×1 350 mm)产生的SRS光能量高1.6倍。由于激光功率密度下降,2 ns激光打靶SRS散射光要弱于短脉冲1 ns激光打靶,但持续时间稍长。实验结果表明：长脉冲2 ns激光与标准腔靶相互作用时,等离子体“堵腔效应”比较严重,标准腔靶尺寸不再合适。     

2 ns, 351 nm激光黑腔靶受激Raman散射实验研究

介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2 ns,351 nm激光与黑腔靶相互作用的实验,报道了受激Raman散射光时间分辨谱图及能量测量的实验结果。长脉冲2 ns激光注入小腔靶（700 mm×1 250 mm）时,激光辐照缝靶产生的SRS光能量是激光与全腔靶作用产生的SRS光能量的1.3倍。在2 ns激光与不同尺寸黑腔靶作用的情况下,激光辐照小腔靶产生的SRS光能量比标准腔靶(800 mm×1 350 mm)产生的SRS光能量高1.6倍。由于激光功率密度下降,2 ns激光打靶SRS散射光要弱于短脉冲1 ns激光打靶,但持续时间稍长。实验结果表明：长脉冲2 ns激光与标准腔靶相互作用时,等离子体“堵腔效应”比较严重,标准腔靶尺寸不再合适。     

激光等离子体非平衡X射线发射谱理论研究

在平均离子模型的基础上,发展了一个计算离子组态概率分布的有效方法,称为统计方法.根据激光靶耦合程序模拟给出腔靶等离子体状态条件,研究1.06μm激光金等离子体的非平衡离子组态分布和X射线发射谱特性.得到与实验谱相同的能带范围,并得出在激光等离子体中多电子同时处于激发态的离子组态对X射线发射的贡献不能忽略的结论. 关键词：     

激光腔靶辐射时间特性研究

介绍了激光加热腔靶辐射时间特性研究。实验采用滤长为１．０５３μｍ，能量为３０－７５０Ｊ，脉宽为６００－１１００ｐｓ的高斯型激光脉冲，辐照柱型腔靶，用两台具有一定和时间分辨的亚千Ｘ射线能谱仪，分别观察激光入射口和Ｘ光输运口的辐射时间特性，实验结果给出了腔靶源区发射Ｘ光时间过程及其与发射口面积，形状，发射能区等的关系。