“神光-Ⅱ”第九路终端光学系统稳定性分析

在“神光-Ⅱ”装置上进行先进高能多功能激光束系统(简称第九路)研制工程中,由于在原ICF靶室上又增加了输入“汤姆逊探针光”和“X光背光照明探针光”的锥形真空套筒及其终端光学元件,导致原有靶室结构的变化,可能会引入新的不稳定因素。通过有限元分析方法,建立有限元分析模型,进行优化设计。通过位移传感器测量结果可知,第九路终端光学元件径向窜动所引起的打靶误差最大值为2.110 μm,小于“神光-Ⅱ”靶场终端光学系统的最大允许误差值7.785 μm。     

神光Ⅱ升级装置中靶场桁架的结构稳定性

从提高结构稳定性的基本理论出发,利用有限元方法研究了靶场桁架结构稳定性。结果表明：影响大口径反射镜动态稳定性的主要因素为靶场桁架的第三阶模态振型,其薄弱环节为支撑立柱;通过在支撑立柱间增加横向加强筋、桁架立柱采用钢管混凝土结构等措施可有效提高桁架的结构稳定性;立柱截面最小方形空心型钢的尺寸为300 mm×6 mm。给出的靶场桁架的稳定性设计方案满足大口径反射镜的动态稳定性指标。     

神光Ⅱ升级装置中靶场桁架的结构稳定性

 从提高结构稳定性的基本理论出发,利用有限元方法研究了靶场桁架结构稳定性。结果表明：影响大口径反射镜动态稳定性的主要因素为靶场桁架的第三阶模态振型,其薄弱环节为支撑立柱;通过在支撑立柱间增加横向加强筋、桁架立柱采用钢管混凝土结构等措施可有效提高桁架的结构稳定性;立柱截面最小方形空心型钢的尺寸为300 mm×6 mm。给出的靶场桁架的稳定性设计方案满足大口径反射镜的动态稳定性指标。     

“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％。     

“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％。     

神光Ⅱ装置中空间滤波器系统的稳定性设计与分析

 考虑到空间滤波器系统在激光装置中的稳定性要求，分析了影响稳定性的各种因素。对现行装置中的SF4空间滤波器系统进行振动模态测试，初步确定系统的工作状况，并结合振动理论明确系统稳定性的设计参数。利用有限元软件ANSYS对空间滤波器系统及相关的设计进行仿真验证计算。结果表明：SF4系统的一阶固有频率达到83 Hz，与实验结果相符合，满足系统稳定性的要求；在系统中引入支撑不但能有效增加系统的刚度，同时能转移系统的振型；系统基础支撑平台的选择要求平台独立，并且选择较低的高度以便于控制上层光学元件的变形；在系统中的引入波纹管这种弹性连接，能降低系统变形量，并且通过改变波纹管的厚度能实现连接刚度的改变。上述设计可在神光装置其它系统结构中应用。     

神光Ⅱ装置中空间滤波器系统的稳定性设计与分析

考虑到空间滤波器系统在激光装置中的稳定性要求,分析了影响稳定性的各种因素。对现行装置中的SF4空间滤波器系统进行振动模态测试,初步确定系统的工作状况,并结合振动理论明确系统稳定性的设计参数。利用有限元软件ANSYS对空间滤波器系统及相关的设计进行仿真验证计算。结果表明：SF4系统的一阶固有频率达到83 Hz,与实验结果相符合,满足系统稳定性的要求;在系统中引入支撑不但能有效增加系统的刚度,同时能转移系统的振型;系统基础支撑平台的选择要求平台独立,并且选择较低的高度以便于控制上层光学元件的变形;在系统中的引入波纹管这种弹性连接,能降低系统变形量,并且通过改变波纹管的厚度能实现连接刚度的改变。上述设计可在神光装置其它系统结构中应用。     

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。     

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装置上间接驱动烧蚀瑞利-泰勒不稳定性实验分析

在神光Ⅱ激光装置上开展了一系列辐射烧蚀Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性实验。平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流,且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响。实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像。通过提高空间分辨率,实验获得了二次和三次谐波的增长数据,模拟结果与实验结果相符合。神光Ⅱ激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算。     

神光Ⅱ装置上间接驱动烧蚀瑞利-泰勒不稳定性实验分析

在神光Ⅱ激光装置上开展了一系列辐射烧蚀Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性实验。平面靶烧蚀加速飞行轨迹实验结果与LARED-S模拟结果的比较表明腔壁辐射源能流明显小于激光注入孔的辐射能流, 且辐射源的非平衡Planckian谱对靶的飞行轨迹和扰动增长有重要影响。实验分别观测到初始小扰动幅度烧蚀RT 明显的增长和初始大扰动幅度尖钉变窄和气泡变宽的清晰物理图像。 通过提高空间分辨率, 实验获得了二次和三次谐波的增长数据, 模拟结果与实验结果相符合。 神光Ⅱ激光装置上开展的流体不稳定性实验考核了LARED-S程序的一维和二维计算。     

“神光Ⅱ”首轮基频光驱动内爆实验超热电子诊断

在“神光Ⅱ”装置上进行了激光直接驱动爆推型和烧蚀型DT气体的玻璃微球靶内爆实验.采用多道滤波荧光谱仪(FFS)测量15—250keV硬x射线谱,由高能x射线谱通量和斜率推算出这两种内爆靶产生的超热电子份额ηhe和超热电子温度Th分别为ηhe=25%—30%,Th=30—40keV和ηhe=05%—4%,Th=10—20keV.并给出了不同内爆靶型在不同激光能量EL和不同调焦方式下超热电子产生的特征,由爆推靶产生超热电子份额与实验测量靶的能量吸收效率ηa=29%—34%比对,证明爆推靶吸收的激光能量是以超热电子能量沉积为主,同时实验观测中子产额Yn随超热电子能量Ehe的增大而增大,从而证明了爆推靶是依靠超热电子加热玻璃球壳实现内爆的 关键词： 1.053μm激光 直接驱动 超热电子 爆推靶和烧蚀靶     

“神光Ⅱ”基频光黑腔靶实验超热电子诊断

介绍“神光Ⅱ”首次进行大能量基频光黑腔靶实验超热电子实验观测,采用十道滤波荧光谱仪(FFS)测量腔靶发射15—250keV硬x射线谱,由高能x射线谱通量推断超热电子占入射激光能量份额ηhe为13%—16%,由谱的斜率推断超热电子温度Th为35—45keV,由超热电子能量和受激拉曼散射光(SRS)能量的关联,推断超热电子产生的机理,并给出了不同腔靶在不同激光能量EL下超热电子产生的特征 关键词： 1.053μm激光 超热电子 黑腔靶 大能量激光     

基于子结构技术的光机装置反射镜组件的稳定性分析

反射镜组件是光机装置的重要组成部分,反射镜片的转角稳定性对光路的传输有着直接影响。为了分析获得在地脉动载荷作用下反射镜片的转角响应,分别基于整体结构建模技术和子结构技术建立了某光机装置简化结构的有限元模型,并分析获得了装置中两个反射镜片的转角响应。两种方法得到的反射镜片的转角响应差别分别为3.99%,11.84%,说明基于子结构技术开展光机装置反射镜架组件的稳定性分析是可行的。     

基于子结构技术的光机装置反射镜组件的稳定性分析

反射镜组件是光机装置的重要组成部分,反射镜片的转角稳定性对光路的传输有着直接影响。为了分析获得在地脉动载荷作用下反射镜片的转角响应,分别基于整体结构建模技术和子结构技术建立了某光机装置简化结构的有限元模型,并分析获得了装置中两个反射镜片的转角响应。两种方法得到的反射镜片的转角响应差别分别为3.99%,11.84%,说明基于子结构技术开展光机装置反射镜架组件的稳定性分析是可行的。     

基于有限元分析的大型固体激光器稳定性指标重分配

在大型固体激光器结构稳定性设计中,使用等概率分配方法的分配值作为光学元件稳定性设计指标常常会增加结构设计的难度,造成结构建造的巨大浪费。为此,提出了基于结构有限元分析的稳定性指标重分配方法,即将同一光路中光学元件振动响应引起靶点光束的定位误差作为各自的权重系数,采用线性加权和法对稳定性指标进行重新分配。稳定性指标重分配后,所得到的同一光路中各光学元件的安全系数相等。利用此方法对某大型固体激光装置主机装置靶区一条光路中光学元件的稳定性指标进行了重分配,得到每条光路上光学元件稳定性的安全系数均为1.229,满足结构稳定性设计要求。     

基于有限元分析的大型固体激光器稳定性指标重分配

在大型固体激光器结构稳定性设计中,使用等概率分配方法的分配值作为光学元件稳定性设计指标常常会增加结构设计的难度,造成结构建造的巨大浪费。为此,提出了基于结构有限元分析的稳定性指标重分配方法,即将同一光路中光学元件振动响应引起靶点光束的定位误差作为各自的权重系数,采用线性加权和法对稳定性指标进行重新分配。稳定性指标重分配后,所得到的同一光路中各光学元件的安全系数相等。利用此方法对某大型固体激光装置主机装置靶区一条光路中光学元件的稳定性指标进行了重分配,得到每条光路上光学元件稳定性的安全系数均为1.229,满足结构稳定性设计要求。     

“神光-Ⅱ”装置倍频激光直接驱动冲击波平面性的实验研究

 设计了3套针对“神光-Ⅱ”倍频激光直接驱动的透镜阵列均匀辐照系统，并对冲击波的平面性进行了实验研究。结果表明，冲击波的平面性与透镜阵列参数、平面靶厚度、靶面位置等有关，采用列阵元数为121的透镜阵列进行激光束匀滑驱动的冲击波平面性最好，间接说明它在靶面的激光辐照是最均匀的；另外，随着靶厚的增加，冲击波平面性变差，平面区变小；而且冲击波平面性随靶面离焦位置的变化成一定的周期性变化，第2套透镜阵列焦点处的冲击波平面性最好。     

“神光-Ⅱ”装置倍频激光直接驱动冲击波平面性的实验研究

设计了3套针对“神光-Ⅱ”倍频激光直接驱动的透镜阵列均匀辐照系统,并对冲击波的平面性进行了实验研究。结果表明,冲击波的平面性与透镜阵列参数、平面靶厚度、靶面位置等有关,采用列阵元数为121的透镜阵列进行激光束匀滑驱动的冲击波平面性最好,间接说明它在靶面的激光辐照是最均匀的;另外,随着靶厚的增加,冲击波平面性变差,平面区变小;而且冲击波平面性随靶面离焦位置的变化成一定的周期性变化,第2套透镜阵列焦点处的冲击波平面性最好。