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超短脉冲激光驱动束靶中子源产生及应用研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第1期51卷 84-96页

作者：齐伟贺书凯崔波张智猛洪伟赵宗清谷渝秋周维民中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理全国重点实验室四川绵阳621900

短脉冲强激光驱动中子源具有微焦点、短脉宽、高注量率的特点,在创新研究和应用方面显示出独特潜力,得到了广泛关注。简要回顾了激光中子源的发展历史和现状,特别是超短脉冲激光驱动束靶中子源的最新研究进展。首先,介绍了激光中子源束... 详细信息

短脉冲强激光驱动中子源具有微焦点、短脉宽、高注量率的特点,在创新研究和应用方面显示出独特潜力,得到了广泛关注。简要回顾了激光中子源的发展历史和现状,特别是超短脉冲激光驱动束靶中子源的最新研究进展。首先,介绍了激光中子源束流品质提升方面的研究工作。其中,产额提升是激光中子源研究以及实现相关应用的首要问题。当前的研究主要通过反应通道选择、离子加速优化等技术途径来实现激光中子源产额的提升。除了产额提升之外,人们还格外关注激光中子源的方向性提升,提出了削裂反应、逆反应动力学等新方案。其次,介绍了激光中子源参数的诊断方法与现状。通过对激光中子源能谱、角分布、脉宽和源尺寸等参数的精密表征,人们对激光中子源的特性有了更全面的了解,这有力支撑了其应用。最后,回顾了激光中子源目前已开展的应用演示实验。激光中子源适用于部分与传统中子源类似的应用场景,同时基于激光中子源超短脉冲、超高通量等新特性有望拓展出新的独特应用。

关键词：激光光学激光离子加速激光中子源超短脉冲激光

拍瓦级光参量啁啾脉冲放大系统中光参量相位演化研究

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中国激光 2024年第6期51卷 30-38页

作者：李纲周凯南朱斌谢娜卢峰蒋东镔郭仪黄征孙立杨雷巫殷忠刘红杰粟敬钦中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理科学与技术实验室四川绵阳621900

在基于光参量啁啾脉冲放大的拍瓦级超短超强飞秒激光装置中,光参量相位是阻碍脉冲时域压缩的关键因素。对中国工程物理研究院的数拍瓦全光参量啁啾脉冲放大装置(SILEX-II)的光参量相位演化进行了详细研究。研究结果表明,通过光参量放大... 详细信息

在基于光参量啁啾脉冲放大的拍瓦级超短超强飞秒激光装置中,光参量相位是阻碍脉冲时域压缩的关键因素。对中国工程物理研究院的数拍瓦全光参量啁啾脉冲放大装置(SILEX-II)的光参量相位演化进行了详细研究。研究结果表明,通过光参量放大过程累积的群延迟色散高达532 fs2,三阶色散高达5782 fs3,在未补偿光参量相位的情况下,压缩脉冲的时域峰值强度仅为傅里叶变换极限脉冲的43%。通过调节压缩器光栅间距,补偿了光参量相位的群延迟色散,将压缩脉冲的时域峰值强度增加至傅里叶变换极限脉冲的94%。研究结果为SILEX-II激光装置的脉冲时域压缩提供了有效指导,同时也为未来基于全光参量啁啾脉冲放大技术的10~100 PW高峰值功率激光器的设计提供了依据。

关键词：激光器光参量啁啾脉冲放大光参量相位时域压缩傅里叶变换极限脉冲

强度调制宽带激光对受激拉曼散射动理学爆发的抑制

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物理学报 2024年第5期73卷 228-236页

作者：刘庆康张旭蔡洪波张恩浩高妍琦朱少平北京应用物理与计算数学研究所北京100094 中国工程物理研究院研究生院北京100088 北京计算科学研究中心北京100088 上海激光等离子体研究所上海201899

激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一... 详细信息

激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一种外加强度调制的宽带激光模型.通过选择适当的强度调制包络,能够打断背散光在强脉冲中的放大过程,降低高强度脉冲诱发剧烈爆发的概率,并大幅减少背散光份额和热电子产额.数值模拟表明,强度调制激光对受激拉曼散射具有较好的抑制能力.对于平均功率为1.0×10^(15)W/cm^(2),带宽为0.6%的二倍频宽带激光,使用强度调制技术后,反射率下降了1个数量级,20 keV以上热电子能量份额也由7.34%下降至0.31%.上述研究证实了使用强度调制宽带激光抑制高频不稳定性的可行性,并有望为后续宽带激光驱动聚变实验设计提供参考.

关键词：惯性约束聚变动理学效应宽带激光受激拉曼散射

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基于空间分辨法分析时间低相干光自聚焦效应

物理学报 2024年第9期73卷 36-45页

作者：单翀孔令豹崔勇季来林赵晓晖李福建饶大幸赵元安隋展邵建达复旦大学信息科学与工程学院超精密光学制造工程技术研究中心上海201203 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室上海201800

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生... 详细信息

时间低相干光由于其瞬时宽带的物理特性,在激光惯性约束聚变中得到了广泛的关注.然而其复杂的时间尖峰结构或将诱导非线性自聚焦效应的放大.同时,传统的非线性自聚焦特征数值的测试方法中,多数材料的表面损伤先于体内自聚焦成丝损伤发生,这为对比不同激光的非线性效应带来巨大影响.本文利用短焦距透镜对熔石英进行紧聚焦,通过调节入射激光能量,在避免前表面损伤的前提下,诱导熔石英产生自聚焦成丝损伤.随后通过理论计算对光束在样品体内传输过程的光斑变化进行空间分辨处理,并得到对应细分位置的非线性数值.最终将各个位置对应的非线性相位变化值进行积分,得到前表面无损条件下材料的非线性自聚焦特征数值.测试结果表明时间低相干光的非线性自聚焦效应比传统单模脉冲激光更强.本文不仅设计了一套更加精确的对比不同激光非线性效应的测试方法,同时也探明了时间相干性对于非线性自聚焦效应的影响机制,为高功率时间低相干激光器的设计提供理论依据和参考.

关键词：惯性约束核聚变时间低相干光非线性自聚焦特征数值空间分辨法

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大口径透镜色差对多程结构钕玻璃拍瓦激光聚焦时空特性的影响

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激光与光电子学进展 2024年第9期61卷 514-522页

作者：李佳美李大为王韬余惠徐光王利卢兴强中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800

本文基于宽频带激光在透镜中的衍射传输理论,针对国内多程放大结构的高能拍瓦激光系统设计,研究了大口径透镜导致的脉冲时间延迟(PTD)对宽频带激光焦斑时空特性的影响。研究发现,当宽带激光口径达到360 mm×360 mm时,透镜导致的最大PTD... 详细信息

本文基于宽频带激光在透镜中的衍射传输理论,针对国内多程放大结构的高能拍瓦激光系统设计,研究了大口径透镜导致的脉冲时间延迟(PTD)对宽频带激光焦斑时空特性的影响。研究发现,当宽带激光口径达到360 mm×360 mm时,透镜导致的最大PTD约为2.5 ps,当在3.2 nm的傅里叶变换极限带宽下脉冲宽度为0.5 ps和光束质量为1倍衍射极限(DL)时,聚焦过程时空耦合效应最强,时间波形发生畸变的同时,90%的能量集中度对应的焦斑尺寸也将增加一倍;但当压缩脉冲宽度在≥1 ps或远场光束质量不小于5倍DL时,焦斑的时空耦合效应变弱,PTD带来的影响可以忽略。该研究结果将为国内高能拍瓦激光系统的透镜色差补偿和聚焦性能提升提供重要的理论依据。

关键词：超快光学透镜色差脉冲时间延迟多程放大结构焦斑时空特性高能拍瓦激光系统

弱相对论涡旋光在等离子体中传播的波前畸变及补偿

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物理学报 2024年第5期73卷 237-246页

作者：刘伟贾青郑坚中国科学技术大学等离子体物理与聚变工程系合肥230026 上海交通大学IFSA协同创新中心上海200240

涡旋光与等离子体相互作用近年来在激光等离子体领域引起了广泛的关注.深入研究涡旋光在等离子体中的传播对粒子加速和辐射源产生等工作具有重要意义.本文着重探讨了弱相对论涡旋光在等离子中传播时,传播过程对电磁波结构的影响.基于三... 详细信息

涡旋光与等离子体相互作用近年来在激光等离子体领域引起了广泛的关注.深入研究涡旋光在等离子体中的传播对粒子加速和辐射源产生等工作具有重要意义.本文着重探讨了弱相对论涡旋光在等离子中传播时,传播过程对电磁波结构的影响.基于三维粒子模拟,发现弱相对论涡旋光在等离子体中传播时会产生波前畸变.在给定等离子体密度时,畸变程度与电磁波强度及传播距离密切相关.基于相位修正模型,通过考虑电子相对论质量修正,在理论上对该现象进行了解释.此外,研究还发现可以通过设置适当的初始密度调制对波前畸变进行补偿抑制,并通过三维粒子模拟进行了验证.本工作加强了对涡旋光在等离子体中传播过程的理解,并为设计应用于相对论涡旋光的等离子体器件提供了参考.

关键词：激光等离子体物理涡旋光束非线性传播粒子模拟

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神光Ⅱ综合实验装置

中国激光 2024年

作者：朱健强李学春朱俭朱宝强马伟新周申蕾卢兴强范薇张攀政刘志刚王利杨琳刘代中唐顺兴孙明营杨朋千谢兴龙朱坪孙美智梁潇张国文欧阳小平张艳丽张秀平王冰艳林尊琪范滇元中国科学院上海光学精密机械研究所中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所高功率激光物理联合室

上海光学精密机械研究所（简称上海光机所）是中国最早开展高功率激光系统及其应用研究的单位。在建所60周年所庆之际，简要回顾了在上海光机所建造的系列高功率激光装置和相关技术发展，重点介绍了现今运行的神光Ⅱ多功能综合实验平台... 详细信息

上海光学精密机械研究所（简称上海光机所）是中国最早开展高功率激光系统及其应用研究的单位。在建所60周年所庆之际，简要回顾了在上海光机所建造的系列高功率激光装置和相关技术发展，重点介绍了现今运行的神光Ⅱ多功能综合实验平台性能和技术进步，利用此平台取得了若干具有标志性的重要物理实验成果，最后展望了未来高峰值功率激光技术与工程发展的基本问题和趋势。

关键词：惯性约束聚变神光装置激光工程激光光学

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高功率激光装置基于靶点的同步测量技术

中国激光 2024年第13期51卷 143-152页

作者：张天宇范薇汪小超杨琳华能李国扬姜秀青郭亚晶张攀政谢志勇孙明营张生佳汪涛宋佳驹顾侃中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室上海201800 中国科学院大学材料科学与光电研究中心北京100049 上海交通大学IFSA协同创新中心上海200240 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800

针对惯性约束聚变高功率激光装置对多路激光到达靶点的高精度时间同步调控需求,提出一种基于散射球的靶球同位替代的同步测量技术,该技术可有效避免由于测试点偏离靶心带来的同步测试误差。利用放置于靶场中心的散射球,将来自任一方向... 详细信息

针对惯性约束聚变高功率激光装置对多路激光到达靶点的高精度时间同步调控需求,提出一种基于散射球的靶球同位替代的同步测量技术,该技术可有效避免由于测试点偏离靶心带来的同步测试误差。利用放置于靶场中心的散射球,将来自任一方向入射的单束紫外光近各向同性地散射到4π立体角内。采用非球面透镜结合高速光电探测技术捕获散射光,从而测得待测光束与时间参考基准的同步时间延迟。在神光II装置上开展了在线验证实验,获得基于靶点的长脉冲时间同步抖动小于1.5 ps的延时的测试结果。并离线验证了基于散射球的技术方案应用于10 ps脉宽激光束之间的同步测试可行性。该方法可为高功率激光装置长长、长短脉冲之间和皮秒激光之间的皮秒级高精度时间同步测试提供技术支持。

关键词：同步测量靶点散射球抖动

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基于圆弧刀补偿加工的平面调制切削技术研究

四川大学学报（自然科学版） 2024年第2期61卷 121-126页

作者：童维超蒋柏斌吴小军李国黄燕华张春雨马小军中国工程物理研究院激光聚变研究中心绵阳621900

针对尖刀加工的平面调制微结构表面质量差以及尖刀顶部尖角易磨损的现象,本文系统分析了尖刀在加工平面调制结构时轮廓误差的形成机理,发现了尖刀加工调制表面的轮廓误差大且存在难以补偿的特性,调制结构的轮廓误差与刀尖宽度成正比,与... 详细信息

针对尖刀加工的平面调制微结构表面质量差以及尖刀顶部尖角易磨损的现象,本文系统分析了尖刀在加工平面调制结构时轮廓误差的形成机理,发现了尖刀加工调制表面的轮廓误差大且存在难以补偿的特性,调制结构的轮廓误差与刀尖宽度成正比,与调制的周幅比值(λ/a)成反比.为此,本文提出了采用圆弧刀具结合刀具半径补偿方法以降低平面调制样品轮廓误差的技术方案.实验结果表明,采用圆弧刀结合刀具补偿方法对平面调制结构的轮廓精度提升具有显著作用,相比于尖刀切削,圆弧刀补偿加工的一维调制样品获得了更高的表面质量和轮廓精度.针对幅值a=4μm,周期λ=60μm的平面调制样品,采用圆弧刀补偿加工方案,调制样品的表面粗糙度Ra值由59.66 nm降至21 nm,轮廓误差精度提高了约20%.

关键词：平面调制结构轮廓误差周幅比值(λ/a) 圆弧刀半径补偿表面粗糙度