神光-Ⅲ主机装置MJ级能源系统研制现状
摘要：介绍了神光-Ⅲ主机装置能源系统的功能要求、组成结构和设计方法，以及关键单元器件的功能要求和设计方法。该系统是片状放大器系统的重要组成部分，由6个束组共108套最大储能为1．2MJ的能源模块组成，总储能达到110MJ（最大130MJ）。每套模块产生一个脉宽610μs（10％峰值）的电流脉冲，驱动10组、共20支氙灯，为片状放大器提供泵浦能量，峰值电流为0．25MA。目前投入试运行的36套能源模块的各项电气性能指标满足设计要求，能确保片状放大器小信号增益系数达到5．0％／cm，为片状放大器提供足够的泵浦能量，满足激光器的能量需求。点衍射干涉系统光学结构参数优化研究
摘要：采用时域有限差分方法，在分析点衍射波前误差的前提下，讨论了点衍射干涉系统中物镜数值孔径、针孔尺寸、检测的数值孔径对衍射光强的影响；逐步优化光学结构参数，得到不同光学结构参数之间的匹配数值表；通过比较点衍射干涉系统和Zygo干涉仪对球面镜的测量结果，得到测量面形误差的均方根之差为波长的1／1000，且获得的干涉条纹具有合适的对比度和亮度，验证了光学结构参数选择的合理性。大能量输出类再生放大系统研究
摘要：在对再生放大系统进行改进的基础上提出类再生放大技术，应用大口径放大器，在腔内增加完全成像系统，对注入整形光束进行任意多次的保形放大。可行性验证实验基于两个低增益、大口径放大器，已达到大于10的系统增益；在注入能量仅为48μJ能量条件下，实现了大于600mJ的系统输出能量。验证实验结果表明基于较低增益放大器单元的类再生放大系统，既能实现高增益又能实现大能量输出。碳纳米流体强化传热研究
摘要：在去离子水中分别添加了单壁、多壁碳纳米管材料，通过配比一定质量的亲水性分散剂，经超声波振荡试制了水基碳纳米流体。测试分析了不同碳纳米管材料质量分数下的纳米流体热导率和动力粘度等重要热物性参数。测试结果表明：碳纳米管粒子能够强化基液工质导热性能，随着其质量分数的增加，水基单壁、多壁碳纳米流体热导率均明显提高；单壁碳纳米流体粘度显著增加，多壁碳纳米流体粘度无明显变化，多壁碳管更适用于纳米流体强化传热。倾斜相差对激光相干合成影响的仿真分析
摘要：根据夫琅和费衍射理论，建立了四路激光相干合成模型，研究了不同占空比条件下倾斜相差对激光相干合成效果的影响。通过欧拉旋转变换，将各子光束的倾斜角度转换成相应的倾斜相差引入到光束合成模型中。仿真计算了不同占空比、不同倾斜角度情况下合成光束在远场的光强分布，分析了占空比、倾斜角度对远场光强分布的影响。仿真结果表明，随着子光束倾斜角度的增大，远场艾里斑内的光强逐渐减小，合成效果变差。仿真计算了不同占空比条件下桶中功率（PIB）和β因子随倾斜角度的变化关系。仿真结果表明，随着子光束倾斜角度的增大，PIB和β因子两个评价指标均逐渐变差。为了达到一定的评价指标要求，必须利用快反镜等校正器件将各子光束的倾斜角度减小到一定的范围之内。高功率半导体激光器光纤耦合实验研究
摘要：为进一步提高光纤耦合半导体激光器的输出功率，提出了一种多单管半导体激光器通过台阶分布、光束精密准直及自由空间合束实现高功率光纤耦合输出的方法，该方法具有结构简单、光学元件易于加工、耦合效率高等优点。采用这种方法对5只封装在次热沉上的单管半导体激光器开展了芯径100μm、数值孔径0．22多模光纤的耦合实验研究，当工作电流为7．0A时，光纤连续输出功率为21．8W，亮度为1．83MW／（cm2·sr），耦合效率为70．32％。K9玻璃在脉冲CO2激光作用下的热应力分析
摘要：根据已建立的理论模型，计算得到了K9玻璃受脉冲CO2激光辐照时产生的热应力分布，研究了热应力的时间特征，在分析样品尺寸对损伤结果影响的基础上，提出了K9玻璃抗激光损伤的最佳半径。结果表明：K9玻璃产生的热应力损伤主要由环向应力控制，热应力以热冲击波的形式在样品内传播，大小随时间变化而来回振荡，且激光脉冲结束后比激光作用时间内产生的热应力要大。这说明若样品在激光加热期间产生的热应力不足以造成材料破坏，则有可能会在其后的冷却过程中产生更大的热应力，材料将会在冷却过程中发生破裂。根据样品参数对损伤结果的影响，进一步验证了K9玻璃抗激光损伤最佳半径的通用性。塑性加工条件下射流颗粒冲击去除效应
摘要：针对在微观上存在尖锐突起、凹坑和划痕等缺陷的光学元件，提出用低质量分数磨料水射流冲击的方式对其进行处理。从弹性接触出发，对射流中粒子与元件发生塑性接触的临界速度进行了推导，并引入了塑性转入脆性加工的临界速度，从而对射流的塑性去除阶段作了明确的界定。针对常用的两种光学材料K9和石英玻璃，结合具体参数对使其处于塑性去除阶段的射流速度进行了模拟计算，利用单颗粒冲击去除模型，在塑性去除范围内对两种材料的冲击去除进行了模拟计算。结果表明：石英玻璃进入塑性去除的临界速度高于K9玻璃，而进入脆性去除的临界速度低于K9玻璃，因而使石英玻璃处于塑性去除阶段的射流速度范围为K9玻璃相应速度范围的子区间；在塑性去除阶段，各材料的去除量皆随着冲击速度的增大而增大，但较硬的石英玻璃更不耐冲击，较K9玻璃更容易被去除。固体激光微通道冷却器内流动特性的数值模拟
摘要：建立了固体激光微通道冷却器数学模型，运用商业软件Fluent进行求解计算，并与文献中数据进行对比，验证了模型的可靠性。分析微通道尺寸及结构对转捩雷诺数影响，结果表明：微通道当量直径对于转捩雷诺数影响甚微，收缩比的大小是引起转捩雷诺数不同的关键因素，最终确定了不同收缩比下的转捩雷诺数。基于多次平移的平面绝对检测仿真
摘要：将待测面形表示为多项式的和，通过分别沿x，Y向多次平移待检光学元件得到移动前后待测元件面形差，采用最小二乘法拟合多项式系数，得到待检光学元件的绝对面形。推导了多次平移法的理论公式，并进行了仿真实验，模拟了移动次数、移动间隔和采样点数对测量精度的影响。仿真结果表明：待测平面与初始平面残差图的均方根值为5．118×10^-13λ，理论误差达到高精度平面面形检测要求。线性色散设计的光谱共焦测量技术
摘要：研制了高精度的光谱共焦位移测量系统并完成相关测试。基于色差理论和材料优化选择设计一种色差与波长成线性关系的色散物镜，有助于平衡系统在全测量范围的灵敏度。理论分析了系统参数对系统的影响规律，计算了针孔尺寸与系统的分辨率和信噪比的关系，给出了参数优化结果。利用设计的线性色散物镜和参数优化结果，构建了光谱共焦测量系统，完成了系统的校准、测试和应用研究。结果表明，系统的轴向测量范围达到1mm，分辨力优于0．5μm，全程测量误差小于2μm，符合设计要求。双脉冲序列激光放大实验研究
摘要：掺Yb^3＋类高饱和通量增益介质的储能提取，会给激光器带来严重的安全风险，因此提出一种激光脉冲的时分复用放大技术。利用激光的偏振特性以及自由空间传输延迟，获得脉冲参数可变的脉冲序列，并进行验证实验。结果表明，时分复用放大与单脉冲放大的增益没有明显差别，且在约1．4J／cm的工作通量下，子脉冲时间间隔（14～22ns）对激光增益的影响可以忽略不计。时分复用放大在保持总激光通量不变的前提下，降低了子脉冲的激光通量，降低了光学元件的损伤风险，保证了储能的有效提取。kJ脉冲激光器控制系统设计
摘要：对大型高功率激光器控制系统的工作环境和应用特点进行了研究和分析。结合kJ脉冲激光器控制系统设计实例，介绍了一套优化的高可靠性控制系统模型。以以太网和EtherCAT总线为基本框架，设计了开放异构的分布式计算机控制系统，软件是基于CORBA中间件C／S调用模式的三层结构体系。能适应kJ脉冲激光器控制对象分布分散、电磁环境恶劣的特点，对整个激光器控制对象进行有序控制，满足装置正常打靶运行要求。神光-Ⅲ主机装置高速时序控制研究
摘要：神光-Ⅲ主机装置多束光脉冲之间的同步时序控制是通过三台任意波形发生器来实现的。提出由同步系统提供外时钟、外触发信号来实现三台任意波形发生器同步工作．并通过闭环监控手段来解决任意波形发生器开关机、重新加载时间波形后的相位跳变问题。实验验证证明采用陔技术方案能够实现三台任意波形发生器的同步工作．保证了神光-Ⅲ主机装置高速时序的低抖动控制。基于表面波的新型光子晶体分束器
摘要：通过激发光子晶体一光子晶体表面波的方法，设计出了一种由表面修饰光子晶体组成的新型复合结构。利用平面波展开法结合超原胞技术对该结构的耦合表面波色散关系进行了研究，在此基础上利用时域有限差分法对光束在该结构中的传输特性进行了数值模拟，并分析了其物理机制。研究结果表明，所提出的新型结构，对一定频率范围内的传输光，能够实现输出光的分束，此特征可以用来制作光束分束器。基于脉冲复制的单脉冲激光对比度测量
摘要：为测量超短单脉冲激光的时间波形以及对比度信息，基于三阶强度相关原理，结合光脉冲复制技术，提出了基于脉冲复制的测量方法。对测量原理进行了详尽的理论分析。利用分步傅里叶和龙格库塔数值计算方法对测量方案做了模拟验证。基于脉冲复制的测量法能同时进行多窗口测量。通过拼接测量时间窗口，可以有效解决测量分辨率与测量时间窗口不能兼顾的问题，同时实现大时间窗口和高分辨率测量。通过将主脉冲与预脉冲分离到不同的测量窗口，避免了梯度衰减片的使用，且具有高对比度测量能力。椭圆高斯光束产生近似无衍射Bessel—Gauss光
摘要：研究了轴棱锥聚焦像散椭圆高斯光束的光场分布特性，根据菲涅耳衍射积分理论导出了椭圆高斯光束经轴棱锥衍射后的光场分布，通过数值积分给出椭圆高斯光束经轴棱锥聚焦后的近轴光场强度分布情况，将其与圆高斯光束产生的近似Bessel—Gauss场进行比较，发现椭圆高斯光束经轴棱锥聚焦后的光束在一定的传播距离内也具有无衍射特性，且轴上光强分布与圆高斯光束产生的Bessel—Gauss光束的轴上光强分布具有相似的形式，而这种无衍射光场的强度在垂直于光轴的平面上不再是柱对称分布。根据近轴球面波产生近似Bessel光束的最大无衍射距离公式计算了椭圆Bessel—Gauss光束在子午面和弧矢面上的最大无衍射距离，整个光束的无衍射距离由入射到轴棱锥上的椭圆光斑短轴方向的尺寸决定。调频连续波分布式光纤布拉格光栅复用系统
摘要：研究了利用调频连续波（FMCW）技术对分布式光纤布拉格光栅（FBG）复用系统进行寻址的基本原理；仿真分析了FBG传感器复用距离是系统最小分辨距离的整数倍或非整数倍时，对频谱信号的影响；搭建了基于FMCW的FBG复用系统实验平台，当传感距离1000m时，分别验证了不同扫描周期与复用系统差频信号的线性关系，及不同扫频范围与系统差频信号的线性关系。实验结果表明：FBG复用距离是系统最小分辨距离整数倍时，在测量距离1100m范围内，系统测量最大误差为243Hz，最大相对误差小于5％，可以实现FBG传感器的地址查询功能。
