“神光-Ⅱ”装置第九路靶场终端光学组件的研制

 针对“神光-Ⅱ”装置第九路系统主激光瞄准精度小于等于30 μm和大焦斑辐照均匀性优于10％的要求，提出了靶场终端光学组件的设计结构。应用有限元法对组件关键机械元件和ICF靶室整体进行动静态分析，优化了设计参数。同时与聚焦透镜配合进行数值分析列阵透镜，确定了单元数、曲率和厚度以及单元长和宽等参数。经过实验测试，主激光瞄准精度达到28.9 μm，大焦斑辐照的形状为1 000 μm×500 μm，均匀性为12.0％。     

激光驱动冲击波在铝-金阻抗匹配靶中的传播稳定性

 针对神光Ⅱ第九路激光条件,利用1维JB程序和多台阶靶技术对冲击波在铝 金阻抗匹配靶中的传播稳定性进行了理论和实验研究,实验结果与理论结果基本吻合。结果表明,激光驱动冲击波在铝 金阻抗匹配靶中传播时,高阻抗待测材料金中的冲击波稳定传播最大距离急剧减小。因此,在进行铝-金阻抗匹配靶物理参数设计时,应保证高阻抗材料金台阶厚度满足冲击波传播稳定性,然后再按照阻抗匹配实验中两种材料的冲击波速度比来确定低阻抗标准材料铝的台阶厚度。根据神光Ⅱ第九路激光条件,铝-金阻抗匹配靶中铝基底厚度选取为30 μm左右较好,金台阶和铝台阶厚度应分别小于10 μm和17 μm。     

用于平面靶X射线诊断的1维KBA显微镜

对用于神光Ⅱ装置4.75 keV能点平面靶成像诊断的1维KBA显微镜进行了实验研究。基于空间分辨力和工作环境要求,设计了1维KBA显微镜的光学结构,并与传统KB显微镜的成像性能进行了对比分析。设计和制备了可同时工作于8 keV和4.75 keV能点的双能点多层膜KBA物镜,解决了系统装调问题。利用神光Ⅱ装置第九路激光打击Ti靶产生的X射线作为背光源照射1 500目金网,进行了4.75 keV网格成像实验,结果表明:在整个背光源照明区域内,系统的实际分辨力约为4 m,系统的有效视场受背光源大小的限制。     

神光Ⅲ主机装置X光静态成像系统研制

针对神光Ⅲ主机装置的靶室结构和打靶方式要求,基于针孔成像原理,成功研制出应用于神光Ⅲ主机装置的X光静态成像系统。该系统采用模拟靶组件进行离线瞄准,并可进行在线轴向和指向调节,调节精度分别为81 m、40 m。针孔组件和滤片组件的自动更换使系统实现了真空环境下的在线快速切换和运行。同时使用有限元软件ANSYS对系统的变形与应力进行模拟分析以保证系统的可靠性。系统搭载X光CCD在神光Ⅲ主机装置上进行激光打靶考核,实验结果表明,该系统达到神光Ⅲ主机装置使用要求。     

利用“神光-Ⅱ”激光装置多路光束叠加直接驱动下的冲击波平面性及稳定性

 利用“神光-Ⅱ”的3路基频光输出及小透镜列阵束匀滑技术，通过优化设计和合理地选择光路组合，实现了多路叠加斜入射的驱动激光, 在靶材料中产生一个650~750μm范围内平面性良好的冲击波，有效地提高了“神光-Ⅱ”输出光束的利用率。同时，利用斜面靶进行的冲击稳定性实验表明，在靶面功率密度分别为3.26×10¹⁴及2.56×10¹⁴W/cm²时，冲击波至少在28.38~55.82和22.13~35.07μm的Al样品厚度内是稳定传播的。     

神光Ⅱ装置直接驱动柱形靶压缩

在神光Ⅱ激光装置上,针对外径260 m的柱形靶,采用大焦斑拼接的办法（焦斑直径约200 m）,开展了八路激光直接驱动压缩实验。利用第九路激光驱动钼X射线背光,使用Kirkpatrick-Baez显微镜成像以及条纹相机记录的方法,获得了柱形靶内爆流线图,据此给出的压缩后密度约为初始密度的120倍。该密度处于快点火电子产生区和能量沉积区密度之间,正是电子束需要传输的密度区域。神光Ⅱ皮秒激光运行后,可以利用这种压缩的柱形靶开展电子束在稠密等离子体中传输的实验研究。     

静-动加载相结合的材料状态方程实验平台的研制

根据神光-Ⅱ第九路高功率激光加载的特点,对传统静高压金刚石压砧装置进行了改进和优化设计,研制出了适合高功率激光加载条件下材料宽域状态方程研究的新型静高压靶.在神光-Ⅱ高功率激光装置上建立了基于静高压金刚石压砧和动高压激光相结合的材料宽域状态方程研究平台.利用这一平台开展了超纯水的宽域状态方程实验探索,获得了较好的实验结果.     

高温铝等离子体X光发射谱实验

 在神光-Ⅱ高功率激光装置上,以束匀滑的第九路钕玻璃二倍频激光均匀辐照薄层铝埋点靶,通过激光烧蚀作用产生较均匀的铝高温等离子体,用平面晶体谱仪在靶面前向和切向同时测量了X光发射谱信号,并将前向发射谱进行了定量化还原处理。利用辐射流体力学程序MULTI-1D首先对等离子体状态进行了模拟计算,然后采用基于碰撞辐射模型的光谱程序对该状态下的光谱开展了计算,并将实验测量光谱与理论计算光谱进行了比较和分析,符合得较好。     

液氘状态方程实验数据测量

在神光Ⅱ高功率激光装置上建立了液氘状态方程实验研究系统, 在80 min内实现控温范围12–300 K可调、控温精度±0.03 K、机械震动 ≤20 μm的实验控制精度; 通过镀膜窗口质量筛选和靶体清洁工作解决了低温下窗口材料残余反射率高的难题, 获得了信噪比较好的实验图像; 利用神光II第九路输出3ω (351 nm)、3 ns、1000 J的能力, 采用阻抗匹配方法, 配合任意反射面速度干涉仪诊断系统, 在国内首次获得液氘在约60 GPa压力下的冲击绝热线实验数据, 数据与国外同压力区间数据符合较好, 为下阶段约100 GPa压力范围液氘状态方程的实验研究奠定了基础.     

半腔靶辐射场研究中M带X光角分布测量

 在“神光Ⅱ”实验条件下，通过在半腔靶底部开大约200μm的小孔来模拟测量内爆靶丸附近的M带X光发射的角分布。介绍了实验中采用的诊断方法和实验方法，并给出了典型的实验结果。实验结果表明从半腔靶漏口所开200μm的小孔出射的M带X光不遵从cosθ分布。实验结果有助于对黑腔物理图像的理解，并为内爆实验设计提供实验依据。     

束靶耦合传感器光学及机械设计

利用共轭原理设计了用于惯性约束聚变的束靶耦合传感器,不仅解决高精度打靶,同时避免模拟准直光在瞄准过程中直接辐照实验靶。根据束靶耦合传感器的设计功能和工作原理,进行系统的光学设计和机械结构设计,通过成像实验采集的图像光学分辨力达到6 m,束靶耦合精度8.8 m。该束靶耦合传感器已经成功应用于神光-Ⅲ原型装置,通过针孔相机采集的四孔CH靶图像,统计计算得到装置的打靶精度优于25 m,满足设计打靶的束靶耦合精度的指标。     

基于激光驱动等离子体X光源的X射线相衬成像

为了诊断惯性约束聚变(ICF)内爆靶丸球壳的多层信息,在神光Ⅱ激光器上对激光驱动等离子体X光源的相衬成像进行了研究。利用神光Ⅱ第9路激光驱动平面Ti靶获得X光源,在10μm的针孔约束下作为次级点光源对样品成像,用X光胶片记录。成功地将相衬成像技术应用于ICF实验,综合考虑成像放大倍数、分辨力、成像衬度和抑制烧蚀碎片等因素,选择合适的实验条件,成功获得了清晰的双层内爆靶丸球壳结构,空间分辨力优于10μm。     

8路神光Ⅱ装置在基频和三倍频条件下工作研究进展

 简要描述在神光Ⅱ装置上进行的部分物理实验，为神光Ⅱ激光装置提供光学性能指标。神光Ⅱ激光装置已经能在三倍频、外转换效率高于60%的条件下常规输出三倍频能量。穿孔实验表明，蓝光(3w₀)的光束质量，特别是远场旁瓣分布质量，甚至于要好于红光(1w₀光)。用100ps脉冲宽度的红光输出打爆推内爆的氘氚球靶，获得单发最高中子产额4×10⁹个。基频线聚焦打靶，获得类Ni银X光激光饱和输出，并成功应用于激光等离子体密度测量，观测到莫尔条纹移动。     

神光-Ⅱ激光装置上的针孔点背光成像技术实验研究

 在神光-Ⅱ激光器上开展了针孔点背光成像技术实验研究,利用第9路激光驱动平面钛靶获得4.75 keV的准单能光源,在10 μm的针孔约束下形成次级点光源对镍网格等样品成像。实验获取了清晰的网格图像,空间分辨力达到7 μm,并对烧蚀碎片、杂散光等该技术的关键性问题进行了系统深入的研究分析。实验结果表明：针孔点背光具有高空间分辨力、大视场等特点,优于传统背光技术。     

大口径高通量三倍频研究

为考核神光Ⅱ升级项目三倍频输出能力,以及研究高功率激光驱动器高通量三次谐波转换过程中相关技术问题,在神光Ⅱ第九路上开展了一轮'Ⅰ+Ⅱ’三倍频实验,实验中三倍频最大输出达到2740 J,最大输出能通量达到3.6 J/cm²以上,最大转换效率为~63%;根据实验结果结合理论分析,初步研究了影响效率转换主要参量;在实验中观察到时间相位调制所引起的振幅调制,以及横向受激拉曼散射所引起的破坏. 实验结果有效验证了神光Ⅱ升级的倍频器的相关设计程序和参数,以及神光Ⅱ升级项目的三倍频输出能力. 关键词： 非线性光学 三次谐波转换 高通量 时间相位调制     

神光-Ⅲ主机X光双通道单分幅成像系统研制

根据神光-Ⅲ激光器的运作方式和靶室结构,成功研制出用于神光-Ⅲ激光器装置的X光双通道单分幅相机系统。该相机系统主要由针孔成像组件、MCP选通技术型分幅相机和科学型可见光CCD三部分组成,同时系统具有线下瞄准、线上三维调节的功能。系统中针孔直径为10μm,放大倍率为5,分幅相机单画幅宽度13mm,长度36mm,曝光时间0.5~10.0ns可调。在神光-Ⅲ主机装置上成功完成了对此系统的性能考核,结果表明,该系统完全能够应用于神光-Ⅲ装置上,而且与传统方式上的针孔成像组件配接X光CCD组成的成像系统相比,具有更好的信噪比和空间分辨。     

基于平面孔靶对本底X光及激光挂边的研究

在神光-Ⅲ和神光-Ⅲ原型装置上基于平面孔靶研究了激光挂边及本底X光发射情况。能量卡计直接测量激光挂边份额;X光针孔相机给出本底X光发射的空间图像;平响应X光探测器测量本底X光的强度。实验结果表明:在神光-Ⅲ原型上800 m注入孔时,针孔图像中本底X光计数与黑腔漏失辐射流计数的比值约为1.2%;在神光-Ⅲ上1000 m注入孔时,平响应X光探测器测得的本底X光干扰的峰值约为2.7%,能量卡计测得的激光挂边份额约为2.6%。此外,根据神光-Ⅲ的实验参数模拟计算了激光挂边份额和本底X光的干扰。与实验结果的对比说明了该模型的正确性,可以用该模型评估激光挂边及本底X光发射情况,同时可以用该模型指导注入孔尺寸的选择。     

基于神光Ⅱ装置的Pd-L带X射线源实验研究

基于神光Ⅱ激光装置,利用第九路激光与金属靶Pd作用产生了能谱在2.9～3.6keV的X射线源,其转换效率达到8%。通过多角度带通XRD测量其发射角分布,其分布满足cos1/3θ的规律。研究结果表明,Pd X射线源具有高亮度以及能点适中的特性,可以应用于惯性约束聚变、天体物理等前沿科学研究。     

激光惯性约束聚变综合诊断系统

 概述了为在强激光装置“神光 II”、“星光 II”上开展惯性约束聚变实验而建立的综合诊断系统的构成与指标。重点介绍了近期在X光、光学波段、聚变产物、诊断精密化等方面的进步，以及该诊断系统在黑腔靶物理、内爆动力学、不透明度研究中的应用。     

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。