准随机矩形孔阵列透射光栅

自支撑透射光栅的周期加强筋结构在降低光栅的通光面积、减少光栅衍射效率的同时, 也影响了光栅原有的衍射模式, 致使其应用更加复杂. 为了应对这一问题, 作者提出了利用在高Z材料薄膜上准随机排布矩形孔实现自支撑透射光栅的技术方法. 理论分析与实验结果表明, 利用新方法制作的透射光栅较好地摆脱了周期性加强筋对透射光栅衍射模式的强加干扰.     

拼接光栅压缩器的时域特性

在拼接光栅和拼接光栅压缩器的设计中,子光栅调节偏差不可避免,各维偏差与拼接光栅的时间特性之间的关系很关键。通过脉冲压缩理论分析得到各维偏差和聚焦脉冲时间宽度展宽之间的解析关系,从数值计算结果分析,面平行左右偏差对脉冲的时间宽度影响较大,必须控制在21.08μrad内;条纹密度差异对脉冲宽度的影响很显著,相对条纹密度的比值应控制在10-5以内;从消除角色散的角度分析,面平行俯仰偏差和条纹平行度偏差可以相互补偿,条纹密度差异和面平行左右偏差也可以相互补偿。     

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。     

光束取样光栅强激光近场调制及诱导损伤研究

光束取样光栅(BSG)是一种重要的用于光束取样诊断的衍射光学元件.在惯性约束聚变(ICF)终端光学系统中所使用的BSG,强激光产生的近场调制可能导致其自身的激光诱导损伤从而造成元件不能继续正常工作,为了对其在强激光条件下的正常运行提供分析的依据,采用傅里叶模式理论对BSG内部的近场调制特性进行了模拟计算.计算结果表明,BSG基片内部调制度较小,但仍然存在光强分布不均的情况,增加了这些位置产生激光诱导损伤的风险.另外,通过对BSG制作误差分析得出了其近场调制随各种制作误差的变化关系,结果表明BSG刻槽深度误 关键词： 光束取样光栅 激光诱导损伤 惯性约束聚变 傅里叶模式法     

用于高能啁啾脉冲压缩的光子晶体光栅的设计

为了克服目前高能短脉冲装置压缩光栅的损伤阈值无法满足要求的问题,针对星光Ⅲ装置皮秒激光束的压缩器,设计了由熔石英材料构成的、具有较高损伤阈值的光子晶体光栅,该光栅由2维光子晶体和表面光栅结构两部分组成,具有高反射效率和强角色散的能力。计算结果显示:经过优化设计的光子晶体光栅在波长1 053 nm,57°～77°的入射范围内,-1级衍射效率超过了92%,而当入射角为71°时,在1 040～1 090 nm光谱范围内,-1级衍射效率超过92%,性能满足使用要求。     

用于高能啁啾脉冲压缩的光子晶体光栅的设计

 为了克服目前高能短脉冲装置压缩光栅的损伤阈值无法满足要求的问题,针对星光Ⅲ装置皮秒激光束的压缩器,设计了由熔石英材料构成的、具有较高损伤阈值的光子晶体光栅,该光栅由2维光子晶体和表面光栅结构两部分组成,具有高反射效率和强角色散的能力。计算结果显示:经过优化设计的光子晶体光栅在波长1 053 nm,57°～77°的入射范围内,-1级衍射效率超过了92%,而当入射角为71°时,在1 040～1 090 nm光谱范围内,-1级衍射效率超过92%,性能满足使用要求。     

阵列光栅压缩器的空域特性

 引入角度偏差、位移偏差作为拼接光栅系统的物理参数,定义了拼接光栅的孔径函数,利用傅里叶角谱理论研究了高斯脉冲入射拼接光栅压缩器后的远场分布特性。研究表明：出射脉冲仍然是高斯型脉冲,但包络中心发生偏移,偏移量由角度偏差量和光束口径决定;位移偏差引入的相位随着拼接光栅压缩器传递,其对远场焦斑的影响,取决于每片子光栅的非整数倍光栅常数的横向位移偏差和纵向位移偏差的综合作用。通过数值计算得到了各维偏差对阵列光栅压缩器空域特性的影响,计算表明:光栅面外角度偏差(俯仰左右)和条纹平行度偏差都必须控制在1 mrad以内,在此范围内,应将位移偏差控制在52 nm以内。     

阵列光栅压缩器的空域特性

引入角度偏差、位移偏差作为拼接光栅系统的物理参数,定义了拼接光栅的孔径函数,利用傅里叶角谱理论研究了高斯脉冲入射拼接光栅压缩器后的远场分布特性。研究表明：出射脉冲仍然是高斯型脉冲,但包络中心发生偏移,偏移量由角度偏差量和光束口径决定;位移偏差引入的相位随着拼接光栅压缩器传递,其对远场焦斑的影响,取决于每片子光栅的非整数倍光栅常数的横向位移偏差和纵向位移偏差的综合作用。通过数值计算得到了各维偏差对阵列光栅压缩器空域特性的影响,计算表明:光栅面外角度偏差(俯仰左右)和条纹平行度偏差都必须控制在1 mrad以内,在此范围内,应将位移偏差控制在52 nm以内。     

误差扩散法设计用于惯性约束聚变驱动器的色分离光栅-光束采样光栅集成元件

针对多次曝光法制作集成衍射光学元件时存在的加工制作复杂,会引入较大的对位误差等问题,基于计算全息中的误差扩散编码原理及部分相干光成像理论,提出采用误差扩散编码方法来设计用于制作浮雕结构集成元件的编码掩模的新方法。给出了利用误差扩散法设计的色分离光栅-光束采样光栅(CSG-BSG)集成元件编码掩模,模拟计算了经部分相干成像系统后的空间像光强分布,并与理想的集成元件面形进行了比较。结果表明,校正后均方差为7.5%,体积偏差为10.2%。     

具有消像差和光程补偿功能的新型取样光栅

在惯性约束聚变(ICF)终端光学聚焦系统中,采用取样光栅将透射的高功率三倍频光按约0.5%的效率进行聚焦采样,送入能量计中进行诊断。提出了用取样光栅对结构取代单取样光栅,通过合理选择系统参数,包括两块光栅的距离、光栅倾斜角度等,设计出的消像差取样光栅可同时进行能量诊断、光脉冲响应测量、以及远场光斑质量的检测。计算结果显示：光程差从8.3 cm降低到8.7 mm,像点的均方根半径为0.777 μm,达到衍射极限和使用要求。这为ICF系统中激光能量、波前畸变的诊断提供了一种可供选择的新诊断装置。     

具有消像差和光程补偿功能的新型取样光栅

 在惯性约束聚变(ICF)终端光学聚焦系统中,采用取样光栅将透射的高功率三倍频光按约0.5%的效率进行聚焦采样,送入能量计中进行诊断。提出了用取样光栅对结构取代单取样光栅,通过合理选择系统参数,包括两块光栅的距离、光栅倾斜角度等,设计出的消像差取样光栅可同时进行能量诊断、光脉冲响应测量、以及远场光斑质量的检测。计算结果显示：光程差从8.3 cm降低到8.7 mm,像点的均方根半径为0.777 μm,达到衍射极限和使用要求。这为ICF系统中激光能量、波前畸变的诊断提供了一种可供选择的新诊断装置。     

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.     

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.     

混合驱动中直驱激光焦斑尺寸对点火性能的影响

研究针对混驱点火模型,保持直驱激光能量不变,针对1 200,1 400和1 500μm直驱光焦斑尺寸,采用数值模拟,研究其对点火性能的影响。研究表明：直驱光焦斑尺寸是影响混驱点火性能的敏感因素。1 500μm焦斑尺寸可实现近一维点火。1 400μm焦斑尺寸放能接近一维放能的40%。1 200μm焦斑尺寸点火失败,仅仅处于燃烧等离子体状态。分析表明,1 200μm焦斑尺寸条件下点火失败的原因是：其产生的局部强光强和高驱动不对称性,会导致燃料熵增加及燃料面密度扰动增加。燃料熵的增加将会降低燃料压缩性,不利于创造高温高压点火条件,形成的燃烧波较弱。燃料面密度扰动增加会导致燃烧后壳层不稳定性剧烈增长。推断在小焦斑尺寸条件下,弱燃烧波及高燃料面密度扰动增长,会导致高密度尖钉难以被有效点燃,无法形成升温与燃烧的正反馈。同时,燃料区域内界面不稳定性发展产生的尖钉结构将降低热斑温度,产生的气泡结构将引起热斑体积迅速变大,导致热斑快速降温乃至点火失败。     

光栅衍射的微课视频设计与制作

信息技术的发展不断促进教育模式的变革,基于互联网的微课教学可谓是近年的热门教学模式。大学物理实验是物理学专业学生的一门重要课程,但其传统授课方式存在不足。将微课与大学物理实验教学结合起来,不但能提升教学效果,还能提高学生的学习主动性。光栅衍射在光学课程中处于重要地位,学生在理论学习中只理解了光栅衍射的原理,对于其应用不太熟悉。本文从教学设计、课件制作、脚本设计、视频制作方面介绍了光栅衍射的微课视频设计与制作过程,对探索大学物理实验教学新模式有一定意义。     

磁化套筒惯性聚变典型物理过程及特征参量

磁化套筒惯性聚变(MagLIF)结合了传统磁约束聚变(MCF)与惯性约束聚变(ICF)的优势,理论上在有限的驱动能力下可以有效降低聚变实现的难度,具有极大的应用潜力。基于一维集成化物理模型编写了数值模拟程序,以ZR装置典型驱动能力27 MA为出发点,以时间演化为顺序,通过数值模拟系统性地总结分析了典型负载参数下MagLIF构型初始化、加速内爆及迟滞3个关键过程中重要特征参量的分布及演化情况。数值模拟结果有助于理解MagLIF构型从预加热经由燃料压缩到最终发生聚变这一快速而复杂的过程,从而为建立相应的物理图像和认知提供了重要支撑,与传统ICF典型参数的对比也体现了该构型的优势所在,为后续研究奠定了基础。     

超高压高精度激光状态方程实验测量

材料高压下的状态方程（EOS）在天体物理、材料科学和惯性约束聚变（ICF）等研究领域中都是十分重要的。2004年在“神光”-Ⅱ装置上进行了单路倍频激光直接驱动的Al-Cu阻抗匹配靶实验和Cu-Al阻抗反匹配实验，目的是提高冲击波速度的测量精度和准确性，同时校验测量方法的实用性和可靠性。     

新型针孔点背光发光模型与实验研究

纳秒级强激光(～1014 W/cm2)与固体靶相互作用可以获得高亮度的Multi-keV能段X射线.在当前的高能量密度物理研究中利用这样的X射线背光源照相方式可以获得高质量的物理图像,具有重要的应用价值.以模拟计算与神光Ⅱ激光装置实验结果相结合的方式研究了激光等离子体发光模型.在该模型的基础上改进了针孔点背光成像技术,独立发展了针对低Z靶材料K线的准单能背向针孔点背光和针对中Z靶材料L带的高亮度侧向针孔点背光.在神光Ⅱ激光装置上通过新型针孔点背光对惯性约束聚变靶丸样品成像获得了高质量的静态靶丸流线图像,空间分辨优于10μm.实验结果表明新型的针孔点背光具备高亮度,高空间分辨,高图像衬度等优点可以广泛应用于高能量密度物理和惯性约束聚变的研究中.     

ICF驱动器中光束谐波分离技术

在激光惯性约束聚变研究过程中,激光驱动器打靶系统的光束谐波分离技术是驱动器建造研究的重要内容之一。根据高功率固体激光驱动器的发展历程,介绍了几种目前世界上正在应用的光束谐波分离技术,并对这些光束谐波分离方法的优缺点进行了对比分析。结合我国激光驱动器谐波分离技术的发展现状提出了将来的发展方向。这对大型激光驱动器的建造具有一定的指导意义。     

我国激光惯性约束聚变实验与诊断技术早期研究历史

文章回顾了中国激光惯性约束聚变(ICF)领域实验与诊断技术的早期研究历史,介绍了ICF实验与诊断研究工作从学习调研、跟踪模仿到自主研制设备、综合实验等方面的艰苦历程。文章可以弥补中国ICF领域在实验与诊断方面科技史研究的空白。