神光Ⅲ原型装置的黑腔靶背向散射光测量技术

在惯性约束聚变研究中,为研究激光等离子体互作用产生的受激布里渊与受激拉曼散射光(SRS),基于神光Ⅲ原型装置利用新的背向散射诊断系统对真空黑腔靶与充气黑腔靶以及有无束匀滑效果情况下的散射光光谱进行了测量。实验发现,在相同条件下,充气黑腔靶SRS散射光比真空黑腔靶大,在终端光学组件中使用束匀滑效果后也能降低散射光。诊断系统记录的散射光强度及光谱的时间变化过程对研究激光等离子体相互作用提供了重要的数据支撑。     

神光Ⅲ原型全孔径背向散射测量系统研制及应用

为了测量激光与等离子体相互作用产生的散射光份额,获得黑腔耦合效率实验中的激光注入率,研制了基于神光Ⅲ原型装置的全孔径背向散射测量系统。该系统利用聚焦透镜收集散射光,通过离轴抛物面镜进行缩束,并采用二向色镜将散射光分为两个支路后分别进行受激布里渊散射和受激拉曼散射光的能量、时间过程和光谱测量。实验测量了有、无束匀滑条件下的散射光份额。结果表明,在当前实验条件下,通过束匀滑可有效降低散射光份额,提高激光注入率。     

基于神光Ⅲ原型的背向散射实验技术研究

激光与等离子体相互作用研究是惯性约束聚变 (ICF) 研究中的重要研究内容. 为了定量研究神光III原型实验中激光与等离子体互作用产生的散射光能量和光谱, 研制了全孔径和近背向散射诊断系统, 并介绍了全孔径和近背反测量系统的光路结构. 对采用连续相位板技术后引起的激光焦斑变化进行了分析. 介绍了采用全孔径和近背向散射诊断系统在神光III原型上完成的考核束匀滑实验效果的实验, 对比了使用束匀滑前后背向散射系统获得的散射光份额和散射光谱分布. 实验发现, 在神光III原型使用800J能量 8束打靶的条件下, 使用束匀滑后背向散射光份额可以降低到5%以下, 其散射光谱也更加集中. 这些数据为黑腔能量学等研究的进一步发展起到重要的促进作用. 关键词： 激光散射 连续相位板 黑腔 光谱     

驱动激光束间相干性以及对背向散射影响的研究

早期的研究表明, 束匀滑技术能够有效地抑制高功率激光与等离子体相互作用中产生的各种参量不稳定性, 大大减少受激布里渊散射和受激拉曼散射. 但在NIF最近的实验研究中发现, 受激布里渊散射和受激拉曼散射份额远远高于预期, 原因可能与驱动激光束间的相干性有关. 本文利用"神光II"装置两路倍频纳秒激光辐照金平面靶, 研究了小口径取样情况下两者背向散射的能量和光谱在不同驱动激光相干条件下的变化情况. 初步结果表明, 激光束间存在着较强的相干性, 并且随着束间相干程度的增加, 背向散射也逐渐增强.     

神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统

报道了基于神光Ⅱ激光装置的全口径背向散射测量系统。系统通过激光聚焦透镜收集激光等离子体相互作用产生的散射光;两个热能量卡计分别测量波长348~354 nm范围的受激布里渊散射和波长400~700 nm范围的受激拉曼散射产生的散射光。该系统可以测量散射光的能量、功率和光谱图像,提供优于0.5 nm光谱分辨和10 ps时间分辨的光谱物理信息。同时采用PIN二极管阵列对聚焦透镜外侧附近的近背向散射光信息进行测量。     

神光Ⅲ原型受激拉曼与受激布里渊散射份额测量

激光注入率测量是黑腔耦合效率测量至关重要的一个环节,主要通过散射光测量来实现。在神光Ⅲ原型激光装置上进行的黑腔物理实验中,利用PIN探头阵列进行了散射光角分布测量。通过拟合分析,发现原型装置上激光等离子体非线性相互作用较神光Ⅱ装置要强,其中受激拉曼份额在10%量级,受激布里渊散射在20%量级。将由此评估的激光靶耦合效率代入辐射温度定标率公式中,得出的辐射温度值与实验中Dante测量值符合较好,说明对参量过程份额的评估具有一定可靠性。     

环状PIN阵列测量全口径背向散射光空间分布的实验研究

基于由同心环状排布的多个 PIN 探测器组成的环状 PIN 阵列,发展了一种测量激光等离子体全口径背向散射光空间分布的实验方法.采用该方法,在神光Ⅱ装置激光与黑腔靶相互作用实验中,对全口径背向散射光空间分布进行了测量,获得了全口径受激 Brillouin 散射背向散射光空间分布的图像.初步建立了全口径背向散射光空间分布...     

527nm激光辐照盘靶背向散射能量测量

在星光Ⅱ激光装置上,测量了脉宽1ns、能量40-110J的527nm激光在不同条件下辐照Au盘靶、Al盘靶的背向散射能量。结果表明:激光辐照Au盘靶时．在聚焦条件下背向散射能量约占打靶激光能量的7．8％;在束匀滑条件下背向散射能量份额下降到6.2％左右,证明了束匀滑可有效抑制背向散射。对比Au盘靶、Al盘靶背反能量与打靶激光能量关系曲线,可以看出背向散射能量与打靶激光能量基本上成线性关系。 Au and Al disk target were irradiated with -1 ns, 40-110 J, 527 nm laser at Xingguang-Ⅱ facility. The backscattered lights by laser-produced plasma were studied experimentally. The results are in troduced in this paper. Backscattered light energy is 7.8% of laser energy when laser is focused on Au disk target; when laser beam is smoothed, it is 6.2%. The comparison shows that laser smoothing can restrain backscattered light efficiency. The experimental results :also show that there is a linear relation between backscattered light energy and the laser energy.     

527 nm激光辐照盘靶受激布里渊散射光角分布

 在“星光Ⅱ”激光装置上，开展了527 nm激光与金盘靶和铝盘靶相互作用实验，研究了激光辐照盘靶的受激布里渊散射光散射机制，获得了散射光能量角分布。实验结果表明：激光辐照金盘靶时，在入射激光能量大致相同的情况下，受激布里渊散射光能量在匀滑的条件下比没有匀滑时低一个数量级以上（背反能量除外），束匀滑对散射光的抑制作用十分明显。在匀滑条件下，越靠近背反方向，散射光能量越大。散射光能量分布沿方位角的变化不大。激光辐照铝盘靶时，散射光能量分布的离散性较大。     

0.53μm激光辐照金盘靶的光散射机制研究

报道了０．５３μｍ高功率激光辐照金盘靶产生的受激拉曼散射光光谱和散射光谱能量角分布，由散射光角分布计算的散射光能量与实验通过打靶透镜测得的受激拉曼散射能量不符，而且角的分布的实验结果与受激布里渊散射理论也不符。     

超强激光在均匀等离子体中的背向拉曼散射放大机制

使用等离子体背向受激拉曼散射对激光进行放大时,等离子体的密度、温度和长度都会对激光的放大效果产生影响.为了探究等离子体密度对结果的影响,本文使用一维粒子模拟程序模拟了波长为800 nm的泵浦激光入射到均匀等离子体中,等离子体密度和泵浦光光强对散射光光谱的影响.模拟结果表明,等离子体密度降低会导致散射光的波长变短,而泵浦光的光强在一定范围内降低会增加散射光中背向散射光的比例.通过分析散射光的光强和等离子体的密度,发现前向拉曼散射是等离子体密度变化的原因.模拟结果对等离子体背向受激拉曼散射放大的实验研究具有重要的指导意义.     

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介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2ns三倍频激光与黑腔靶相互作用的实验。报道了采用PIN探测器阵列测量大角度受激Raman散射（SRS）角分布和采用激光卡计对背向SRS光能量积分测量的实验结果。相同实验条件下激光辐照缝靶产生的SRS光能量要强于激光与全腔靶作用产生的SRS光，小腔靶的SRS光能量要强于标准腔靶。对比长脉冲2ns及短脉冲1ns激光打靶实验结果可以看出：由于激光功率密度的下降，长脉冲激光打靶时SRS散射光能量要弱于短脉冲激光打靶。长脉冲2ns激光与标准腔靶相互作用时，等离子体堵腔比较严重。     

大口径DKDP晶体受激拉曼散射增益系数的测量（英）

大口径KDP/DKDP晶体在强紫外光辐照下产生横向受激拉曼散射效应（TSRS）, 受激放大的拉曼散射光将导致激光能量损失甚至激光损伤, 测量DKDP晶体TSRS增益系数对设置激光装置的运行区间以确保晶体的安全使用非常重要。采用高精度光谱仪探测大口径DKDP晶体（氘含量65%）在351 nm激光辐照下的横向拉曼散射信号, 得到了拉曼散射光的增长曲线, 拟合得到的拉曼增益系数为0.109 cm/GW。同时, 实验结果表明晶体体损伤不影响TSRS增长行为, 表明晶体体损伤对拉曼增益系数测量结果的影响可以忽略。     

“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     

掺杂材料对激光等离子体受激布里渊散射的影响

研究了激光等离子体背向受激布里渊散射光谱及反射率。当小能量短脉冲激光入射平面靶时，激光等离子体发展不充分，受激布里渊散射光谱结构相似，受激布里渊散射的增长主要受等离于体尺度的影响，随靶材料的有效原子序数的增加，等离子体尺度变小，受激布里渊散射反射率减少。     

三维大尺度激光等离子体相互作用程序LAP3D在集束实验中的应用

针对多束激光组成一个集束情况下的受激布里渊散射(SBS)开展数值模拟研究。激光采用多种不同的束匀滑手段,模拟得到受激布里渊散射中的多种不同现象,包括散射光的原路返回、共用离子声波和共用散射光波,并针对这些现象给出物理解释,部分结果得到了实验验证。     

水中受激拉曼散射的能量增强及受激布里渊散射的光学抑制

为提高液体介质中受激拉曼散射的输出能量,提出了通过温度调控来抑制受激布里渊散射的方法,设计了532 nm多纵模宽带脉冲激光泵浦的受激拉曼散射发生系统,测量了不同温度下水中前向受激拉曼散射及后向受激布里渊散射的输出能量,分析了水温、泵浦激光线宽及热散焦效应对受激拉曼散射输出能量影响的物理机制.实验结果表明:通过降低水温可实现对受激布里渊散射过程的有效抑制,同时减小热散焦效应带来的光束畸变,从而有效提高受激拉曼散射的输出能量.研究结果对液体介质中的受激拉曼散射多波长转换具有重要意义.     

神光Ⅲ原型装置的全孔径背向散射诊断技术

为了更好地研究神光Ⅲ原型实验中激光与等离子体相互作用产生的散射光,研制了新的全孔径背向散射诊断系统。该系统根据布里渊散射与拉曼散射的性质区别,使用二向色镜对散射光进行分光提纯,采用真空滤波器、挡光板、高反滤波片以及改变倍频晶体角度等进行消杂光处理,进而减少杂散光对测量结果的影响。同时,该系统采用特制的全口径大光斑激光器模拟打靶散射光对光路透过率进行标定。实验结果表明:新的全孔径背向散射诊断系统工作状态稳定,明显减少了杂散光的影响,所测数据更加真实可靠。     

神光-ⅡU装置的SBS背向散射角分辨诊断系统

针对双锥对撞点火方案实验中的受激布里渊散射过程,发展了一套门控角分辨全口径背向散射诊断系统。设计了光纤阵列,对神光-ⅡU装置打靶伺服反射镜上的散射信号进行收集,利用其时间特性,通过相对测量的方式,获得了角分辨的背向受激布里渊散射能量份额,发现其角分布敏感依赖于激光在球壳表面的辐照模式,为深入研究双锥对撞点火方案中的受激布里渊散射过程提供了可靠的实验结果。     

大口径DKDP晶体受激拉曼散射增益系数的测量（英文）

大口径KDP/DKDP晶体在强紫外光辐照下产生横向受激拉曼散射效应(TSRS),受激放大的拉曼散射光将导致激光能量损失甚至激光损伤,测量DKDP晶体TSRS增益系数对设置激光装置的运行区间以确保晶体的安全使用非常重要。采用高精度光谱仪探测大口径DKDP晶体(氘含量65%)在351nm激光辐照下的横向拉曼散射信号,得到了拉曼散射光的增长曲线,拟合得到的拉曼增益系数为0.109cm/GW。同时,实验结果表明晶体体损伤不影响TSRS增长行为,表明晶体体损伤对拉曼增益系数测量结果的影响可以忽略。