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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

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宽带激光辐照平面薄膜靶的近前向散射

物理学报 2024年第12期73卷 260-266页

作者：龙欣宇王佩佩安红海熊俊谢志勇方智恒孙今人王琛中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800

激光等离子体相互作用(LPI)过程一直以来是惯性约束聚变(ICF)点火中重要的研究内容,宽带激光在理论上一直以来被认为具有抑制LPI的潜力.宽带二倍频激光装置——“昆吾”,为实验研究宽带激光LPI效果提供了可靠的实验研究平台.针对大尺度... 详细信息

激光等离子体相互作用(LPI)过程一直以来是惯性约束聚变(ICF)点火中重要的研究内容,宽带激光在理论上一直以来被认为具有抑制LPI的潜力.宽带二倍频激光装置——“昆吾”,为实验研究宽带激光LPI效果提供了可靠的实验研究平台.针对大尺度低密度等离子体的LPI过程中强烈的受激布里渊散射和受激拉曼散射信号,开展了相同条件下宽带和窄带激光驱动C_(8)H_(8)平面薄膜靶的透过激光、前向散射和大角度近前向散射的实验研究.主要针对宽带和窄带激光前向透过信号的组分和近前向散射的光谱及份额信息进行对比研究,发现宽带和窄带激光驱动的LPI过程具有显著差异.同时,初步结果显示宽带激光相比于窄带激光体现出更强的穿透能力,烧蚀靶并穿过等离子体的时间提前了近1 ns,透过能量提升了近10倍,穿透等离子体后有更小的空间发散角.这些结果对于更好地理解宽带激光对于LPI的作用效果具有很好的参考价值.

关键词：激光等离子体相互作用宽带激光受激布里渊散射受激拉曼散射

拉伸-扭转复合加载对镍基高温合金GH4169力学性能与变形机理的影响

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金属学报 2024年第1期60卷 30-42页

作者：杨俊杰张昌盛李洪佳谢雷王虹孙光爱中国工程物理研究院核物理与化学研究所中子物理学重点实验室绵阳621999

研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义,但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为,多轴加载相关研究报道较少。为此,本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其... 详细信息

研究镍基高温合金在近服役条件下的力学性能与内在变形机理具有重要意义,但现有研究主要集中于单轴加载下的力学行为,多轴加载相关研究报道较少。为此,本工作对比研究了单轴和复合加载下多晶镍基高温合金GH4169的力学性能变化规律及其微观变形机制差异。在25℃下对多晶镍基高温合金GH4169进行拉伸-扭转复合加载,结合SEM、TEM、EBSD和中子衍射研究了加载方式对其力学性能、微观组织以及变形机理的影响。结果表明,拉伸样品的屈服强度和极限强度均随预扭转角度增加而增大(增幅分别约为150%和13%);在20%预拉应变下,扭转样品的屈服强度和延伸率均有所增加(增幅分别约为31%和16%)。拉伸和扭转变形后样品中的位错密度明显增大;同时复合加载下位错密度相较于单轴加载略小,表明存在位错湮灭效应。预加载产生的位错强化效应提高了屈服强度,而随后复合加载下位错湮灭效应使预拉伸扭转样品的极限强度有所降低。预扭转形成梯度结构的力学强化作用一定程度上抵消了位错湮灭效应的影响。研究表明,多轴加载方式可调控材料微观结构和变形机制,进而实现材料强度和韧性的协调提升。

关键词：多晶镍基高温合金复合加载力学性能变形机理中子衍射

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宽带激光辐照平面薄膜靶的近前向散射研究

物理学报 2024年

作者：龙欣宇王佩佩安红海熊俊谢志勇方智恒孙今人王琛中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所

激光等离子体相互作用(LPI)过程一直以来是惯性约束聚变(ICF)点火中重要的研究内容，宽带激光在理论上一直以来被认为具有抑制LPI的潜力。宽带二倍频激光装置—“昆吾”，为实验研究宽带激光LPI效果提供了可靠的实验研究平台。针对大尺... 详细信息

激光等离子体相互作用(LPI)过程一直以来是惯性约束聚变(ICF)点火中重要的研究内容，宽带激光在理论上一直以来被认为具有抑制LPI的潜力。宽带二倍频激光装置—“昆吾”，为实验研究宽带激光LPI效果提供了可靠的实验研究平台。针对大尺度低密度等离子体的LPI过程中强烈的受激布里渊散射(SBS)和受激拉曼散射(SRS)信号，开展了相同条件下宽带和窄带激光驱动C8H8平面薄膜靶的透过激光、前向散射和大角度近前向散射的实验研究。主要针对宽带和窄带激光前向透过信号的组分和近前向散射的光谱及份额信息进行对比研究，发现宽带和窄带激光驱动的LPI过程具有显著差异。同时，初步结果显示宽带激光相比于窄带激光体现出更强的穿透能力，烧蚀靶并穿过等离子体的时间提前了近1ns，透过能量提升了近10倍，穿透等离子体后有更小的空间发散角。这些结果对于更好地理解宽带激光对于LPI的作用效果具有很好的参考价值。

关键词：激光等离子体相互作用(LPI) 宽带激光受激布里渊散射(SBS) 受激拉曼散射(SRS)

基于Yb:YGG晶体的桌面级20TW光学方案模拟

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光学学报 2024年

作者：刘金升管相合季来林王韬张发旺刘佳隋展崔勇赵晓晖高妍琦中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所

桌面级重频高能皮秒激光器可用于产生X光等辐射源，更便捷高效地研究等离子体中的超快动力学过程以及高能量密度物理等现象。本文提出利用Yb:YGG晶体作为放大介质，采用空间位移—角度编码方式的多程复用放大器，室温条件下可实现亚皮... 详细信息

桌面级重频高能皮秒激光器可用于产生X光等辐射源，更便捷高效地研究等离子体中的超快动力学过程以及高能量密度物理等现象。本文提出利用Yb:YGG晶体作为放大介质，采用空间位移—角度编码方式的多程复用放大器，室温条件下可实现亚皮秒量级、峰值功率～20 TW的红外激光输出，本方案可为数十TW皮秒高能激光器提供了新的路径参考。

关键词：固体激光器啁啾脉冲放大二极管泵浦高能激光重频皮秒激光

HL-2A装置高β_(N)双输运垒实验的集成分析

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物理学报 2024年第6期73卷 250-257页

作者：李正吉陈伟孙爱萍于利明王卓陈佳乐许健强李继全石中兵蒋敏李永高何小雪杨曾辰李鉴核工业西南物理研究院成都610041 中国科学院等离子体物理研究所合肥230031 61287部队成都610000

HL-2A托卡马克装置在中性束加热条件下获得了稳定的归一化环向比压(β_(N))大于2.5的等离子体,并且实现了瞬态β_(N)=3.05、归一化密度(n_(e,1)/n_(e,G))~0.6、储能(WE)~46 kJ和高约束因子(H_(98))~1.65的高约束性能.本文使用集成模拟平... 详细信息

HL-2A托卡马克装置在中性束加热条件下获得了稳定的归一化环向比压(β_(N))大于2.5的等离子体,并且实现了瞬态β_(N)=3.05、归一化密度(n_(e,1)/n_(e,G))~0.6、储能(WE)~46 kJ和高约束因子(H_(98))~1.65的高约束性能.本文使用集成模拟平台OMFIT对β_(N)=2.83和β_(N)=3.05时刻的等离子体进行了集成模拟,计算得到的WE,n_(e,1)/n_(e,G),H_(98)和β_(N)等与实验参数基本一致,并通过计算发现两种情况下自举电流份额(fBS)分别约达到45%和46%.此外,还进一步分析了HL-2A装置形成离子温度内部输运垒(ITB)的原因:快离子和E×B剪切流使得芯部湍流输运被抑制,改善了约束,从而形成了离子温度ITB.离子温度的ITB与H模边缘输运垒相互协同形成了高β_(N)的等离子体.

关键词： HL-2A 高β_(N) OMFIT集成模拟快离子内部运垒

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宽带低相干光三倍频研究进展

激光与光电子学进展 2024年

作者：周少锋赵晓晖刘栋季来林饶大幸冯伟贺瑞敬尹立龙思琪高妍琦中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所

宽带低相干光有望克服惯性约束聚变中的激光与等离子体相互作用不稳定性问题，但高效的宽带低相干光三倍频是其走向工程应用的技术瓶颈之一。目前，对于宽带低相干光三倍频过程的研究较少，基于已有认识，本文介绍了宽带低相干光的特性... 详细信息

宽带低相干光有望克服惯性约束聚变中的激光与等离子体相互作用不稳定性问题，但高效的宽带低相干光三倍频是其走向工程应用的技术瓶颈之一。目前，对于宽带低相干光三倍频过程的研究较少，基于已有认识，本文介绍了宽带低相干光的特性及其频率转换过程中的倍频与和频模型。我们指出了宽带低相干光难以高效三倍频的根本原因并综述了各种宽带三倍频方案的发展历史、原理和局限性。为对低相干光频率转换实验提供一定参考，对比了常用的非线性频率转换晶体的接受线宽和非线性系数。最后我们为高效宽带低相干三倍频可能的突破方向提出了一些建议。

关键词：三倍频宽带低相干光频率转换惯性约束聚变

双波长近红外拉曼光谱仪及在腐蚀产物分析中的应用

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光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 756-761页

作者：王茂成李赣程浩姜维陈广李海波中国工程物理研究院材料研究所表面物理化学重点实验室四川绵阳621908 中国工程物理研究院材料研究所四川绵阳621907

在拉曼光谱测试中某些物质存在荧光发射背景,由于荧光强度一般比拉曼散射强度高几个数量级,在荧光干扰时几乎无法获得有效的拉曼光谱信号。为抑制荧光背景,可选用近红外波段激光作为激发光源,而硅基探测器在1 000 nm以上波段时光量子效... 详细信息

在拉曼光谱测试中某些物质存在荧光发射背景,由于荧光强度一般比拉曼散射强度高几个数量级,在荧光干扰时几乎无法获得有效的拉曼光谱信号。为抑制荧光背景,可选用近红外波段激光作为激发光源,而硅基探测器在1 000 nm以上波段时光量子效率严重下降,导致近红外拉曼光谱仪器难以探测3 000 cm^(-1)以上的波段,存在荧光抑制效果与检测范围无法兼顾的问题。由于高波数的拉曼特征峰是识别材料种类和解析材料结构的重要依据,如氨基的N—H伸缩振动峰在3 300 cm^(-1)附近、 OH-伸缩振动峰在3 650 cm^(-1),这些基团是分析材料腐蚀产物、水合物、有机物等的重要依据。因此,迫切需要开发一种解决拉曼光谱仪器无法兼顾荧光抑制效果和检测光谱范围问题的方法。该工作提出一种采用光谱仪固定检测波段、 730和830 nm双波长激光“接力”激发的方案(即830 nm激发低波数拉曼、 730 nm激发高波数拉曼)。通过双激光波长“接力”激发、固定检测波段的新设计,可有效拓宽检测范围至200~3 700 cm^(-1),并且不会降低光谱分辨率(达到6 cm^(-1)),与此同时整机光路无机械可动部件,可靠性高便于实现便携式设计。通过样机进行测试,证明该技术方案具备高灵敏度、较好荧光抑制效果、宽检测范围和较高光谱分辨率等优势。通过研制的双波长近红外拉曼光谱仪获得了铀腐蚀产物、有机涂层下的LiH潮解产物的清晰拉曼信号,解决了特种材料无损检测的技术难题。该技术也适用于其他研究及检测领域,特别是拉曼散射截面小、荧光背景高的物质检测。由于双波长近红外拉曼光谱仪可覆盖200~3 700 cm^(-1)检测范围,为多数水合物、含羟基及氨基官能团物质的拉曼检测提供了一种可行的技术途径。

关键词：荧光抑制高波数无损检测便携式拉曼光谱仪双波长激发