侧照明实验用平面调制微靶的制备及参数测量

介绍了用于侧照明实验研究瑞利-泰勒流体力学不稳定性(Rayleigh-Taylor instability)实验的聚苯乙烯和铝平面调制微靶的制备工艺。通过图形转移,靶型切割和装配工艺的控制,结合靶参数测量,获得了厚度在几十μm、表面具有波长50μm和55μm、振幅从几到几十μm、微靶宽度约为200μm、剖面正弦调制图形清晰的两种靶型。

阻抗匹配靶制备及靶参数精密测量

通过精密轧机轧制Al、Cu、Au等高纯金属箔片,采用精密微装配技术获得应用于激光状态方程实验所需的阻抗匹配靶。运用台阶仪和白光干涉仪分别对阻抗匹配靶进行靶参数精密测量。在"神光Ⅱ"上进行阻抗匹配的实验打靶,获得了相关靶型的实验图像。

皮秒激光在激光状态方程靶制备中的应用

介绍了激光状态方程靶中金属薄膜台阶的切割方法。采用皮秒激光加工技术切割了宽度百μm量级的金属薄膜台阶,研究了金属薄膜台阶宽度控制的方法,讨论了切割过程中产生热效应的因素,优化了激光加工参数。实验加工中,采用加工的参数:功率为0.5W,脉宽10ps,波长355nm,扫描速率为100mm/s,获得了宽度400μm和120μm的金属薄膜。测量结果表明,金属薄膜的宽度能精确控制,切割后金属薄膜表面质量能保持切割前的质量。

等熵稀疏靶的制备及靶参数精密测量

本工作研究等熵稀疏靶的制备工艺和靶参数的测量方法。采用精密激光加工工艺将Al、Au、Ag、Cu、Zn等高纯金属薄膜切割成百微米量级宽度的窄条,再结合精密微装配技术获得应用于状态方程实验所需的等熵稀疏靶。运用白光干涉仪对等熵稀疏靶进行参数精密测量。将等熵稀疏靶运用到"神光Ⅱ"上进行实验打靶,并获得优质的实验图像。

激光加载下准等熵压缩实验用铝/氟化锂复合双台阶靶的研制

本文提出了一种激光加载下准等熵压缩实验用铝/氟化锂复合双台阶靶的加工技术。采用金刚石车削在1.5mm厚的氟化锂晶体表面加工两个10μm高度的台阶,然后利用电子束蒸发在氟化锂台阶面镀厚度为几十μm的高致密纯铝膜,再通过金刚石车削工艺将镀铝面车削成平面,最后在氟化锂晶体另一面蒸镀剩余反射率低于1%的增透膜,最终获得高质量的铝/氟化锂复合双台阶靶。采用NT1100白光干涉仪、电子比重计、电子能谱、X射线衍射仪、扫描电镜等设备对靶参数进行测量,研究各工艺对靶参数的影响。

铝台阶/氟化锂激光压缩复合靶的制备与测量

本文主要介绍用于激光加载材料非冲击压缩实验研究中的铝台阶/氟化锂复合靶的制备与相关参数的测量。铝台阶/氟化锂复合靶主要通过光学抛光减薄、离子束刻蚀台阶、表面减反膜制备、铝薄膜的精密轧制以及薄膜精密装配等加工技术与工艺流程制备。制备的铝台阶/氟化锂复合靶基本满足物理实验要求,获得了较好的实验结果。

射流圆孔靶的制备和靶参数测量

介绍了X射线激光射流实验中Al和CH两种射流圆孔靶的制备方法。分别采用精密机械和皮秒激光加工工艺在Al和CH薄膜上制备精密、微小的圆孔,再通过精密装配的方法获得射流圆孔靶。使用白光干涉仪和小型量测仪对射流圆孔靶进行靶参数测量,测量图像和数据表明,Al和CH薄膜圆孔的孔径较圆且两面大小一致性较好,靶的两层薄膜分界面清晰且连接紧密。

激光驱动冲击波在铝-金阻抗匹配靶中的传播稳定性

针对神光Ⅱ第九路激光条件,利用1维JB程序和多台阶靶技术对冲击波在铝-金阻抗匹配靶中的传播稳定性进行了理论和实验研究,实验结果与理论结果基本吻合。结果表明,激光驱动冲击波在铝-金阻抗匹配靶中传播时,高阻抗待测材料金中的冲击波稳定传播最大距离急剧减小。因此,在进行铝-金阻抗匹配靶物理参数设计时,应保证高阻抗材料金台阶厚度满足冲击波传播稳定性,然后再按照阻抗匹配实验中两种材料的冲击波速度比来确定低阻抗标准材料铝的台阶厚度。根据神光Ⅱ第九路激光条件,铝-金阻抗匹配靶中铝基底厚度选取为30μm左右较好,金台阶和铝台阶厚度应分别小于10μm和17μm。

“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。

液氘状态方程实验数据测量

在神光II高功率激光装置上建立了液氘状态方程实验研究系统,在80 min内实现控温范围12—300 K可调、控温精度±0.03 K、机械震动20μm的实验控制精度;通过镀膜窗口质量筛选和靶体清洁工作解决了低温下窗口材料残余反射率高的难题,获得了信噪比较好的实验图像;利用神光II第九路输出3ω(351 nm)、3 ns、1000 J的能力,采用阻抗匹配方法,配合任意反射面速度干涉仪诊断系统,在国内首次获得液氘在约60 GPa压力下的冲击绝热线实验数据,数据与国外同压力区间数据符合较好,为下阶段约100 GPa压力范围液氘状态方程的实验研究奠定了基础.

激光脉冲波形优化与材料压缩特性

结合快点火靶丸预压缩涉及的基本物理问题,分析了驱动激光脉冲波形对材料压缩过程的影响,并利用辐射流体力学程序MULTI模拟了不同激光波形下的材料压缩情况。结果表明:通过调节激光脉冲波形,优化激光初始强度、激光强度开始上升时间和上升速度,控制压缩过程中的熵增,可以获得更高的材料压缩度。

多台阶光栅结构的溶胶凝胶法制备工艺

采用溶胶凝胶法制备一种具有光敏性的ZrO2薄膜,通过紫外分光光度计对薄膜曝光前后的结构变化进行分析。结果表明,该薄膜具有良好的光敏性。采用紫外曝光结合图形转移工艺,制备了具有多台阶结构的复杂微细图形。测量结果表明,该结构为周期性三台阶结构,周期为210μm,每个台阶的高度约为325 nm。

神光Ⅱ装置直接驱动柱形靶压缩

在神光Ⅱ激光装置上,针对外径260μm的柱形靶,采用大焦斑拼接的办法(焦斑直径约200μm),开展了八路激光直接驱动压缩实验。利用第九路激光驱动钼X射线背光,使用Kirkpatrick-Baez显微镜成像以及条纹相机记录的方法,获得了柱形靶内爆流线图,据此给出的压缩后密度约为初始密度的120倍。该密度处于快点火电子产生区和能量沉积区密度之间,正是电子束需要传输的密度区域。神光Ⅱ皮秒激光运行后,可以利用这种压缩的柱形靶开展电子束在稠密等离子体中传输的实验研究。

神光-Ⅱ装置配套速度干涉仪

介绍了神光-Ⅱ装置配套线成像速度干涉仪光路排布、用于任意反射面的速度干涉仪系统中干涉仪结构的选择及干涉仪的调节。该仪器可以用于测量自由面速度、界面速度和透明材料中冲击波波阵面速度。该仪器的最小时间分辨力可达约20 ps,空间分辨力高于10μm。并在神光-Ⅱ装置上进行了动态打靶实验,实验用靶为Al-CH靶,获得了较好的实验图像,测得了CH中冲击波的平均传播速度为24.67 km/s。

强激光加载铝材料动态损伤特性及其微介观结构观测

在神光-Ⅱ装置上利用强激光加载铝材料进行高应变率(高于106s-1)层裂实验,研究不同初始温度下高纯铝材料的动态损伤特性。采用任意反射面速度干涉仪测量样品自由面速度剖面,由自由面速度剖面计算纯铝样品层裂强度与屈服应力。结果表明:随着温度升高,材料层裂强度减小,屈服应力增大。对激光加载前后样品进行金相分析,观察不同初始温度下纯铝材料的微介观结构变化及其损伤特性。结果表明:随着温度升高,样品晶粒尺度缓慢增大,但在873K(近熔点)时晶粒尺度急剧增加;层裂面附近小孔洞数目较多,孔洞尺寸也较大,而远离层裂面处,孔洞数目相对较少,且尺寸也较小;材料的断裂方式随温度升高由沿晶断裂为主逐渐变为穿晶断裂为主。

采用低温流体氘和氧的介电常数测量流体的密度

为测量低温流体在不同受控状态下的密度,设计了一套基于G-M低温制冷机的介电常数法低温流体密度测量实验装置,该实验装置适用温度测量范围为15~300 K,压力测量范围0.01~0.30 MPa。实验中的低温液体由常温气态流体经低温制冷机冷却液化得到,蓄流在装有平行板电容器的样品流体测试腔内。该测试腔上开有视窗,可用于观察冷却过程中低温液体的形成及其液位情况。对受控压力及温度下的液氘、液氧的密度进行了测量,所得数据与文献实验值及美国NIST标准数据吻合良好,液相区相对偏差小于±0.5%,满足高精度p-ρ-T热物性参数的需要。

聚苯乙烯/Al双介质调制靶的研制

介绍了用于流体力学不稳定性实验的聚苯乙烯(CH)/Al双介质调制靶的制备方法。采用激光微加工工艺在50μm厚Al箔表面制备了调制周期为55μm、峰谷差为4.7μm的调制图形;采用旋涂工艺在Al箔表面制备了20μm厚CH薄膜,经过后期的微切割、微装配工艺,得到了宽度为200μm、总厚度为70μm的CH/Al双介质调制靶。该靶型于2010年在"神光-Ⅱ"激光装置中进行了流体力学不稳定性实验。

溶胶凝胶法制备闪耀光栅及特性研究

采用一步催化法，制备ZrO2光敏溶胶，用提拉法形成了单层光敏凝胶膜。采用紫外光刻技术，将掩摸图形转移到光敏凝胶膜上，通过曝光角度的控制，实现具有一定倾角的闪耀光栅制备，以紫外分光光度计，红外分光光度计，原子力显微镜等方法对光敏凝胶膜及光栅图形进行了性能测试及表征。并用355nm激光系统进行衍射效率及激光损伤阈值测定。获得了周期为2μm，高度为60nm，闪耀角为3°的闪耀光栅。

静-动加载相结合的材料状态方程实验平台的研制

根据神光-Ⅱ第九路高功率激光加载的特点,对传统静高压金刚石压砧装置进行了改进和优化设计,研制出了适合高功率激光加载条件下材料宽域状态方程研究的新型静高压靶.在神光-Ⅱ高功率激光装置上建立了基于静高压金刚石压砧和动高压激光相结合的材料宽域状态方程研究平台.利用这一平台开展了超纯水的宽域状态方程实验探索,获得了较好的实验结果.

激光烧蚀R-T不稳定性研究中的双模式CH平面调制靶制备

为研究同一次激光驱动下初始扰动幅值不同时瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor,R-T)不稳定性非线性演化的差别,采用单点金刚石车削技术,以太空铝合金为材料加工了两侧具有不同扰动幅度的模板。然后利用旋转涂覆工艺将模板表面的扰动图形转移至CH薄膜表面,制得了双模式CH平面调制靶。通过QC-5000型光学显微镜、alpha-step 500型台阶仪、NT1100型白光干涉仪等对铝合金模板及CH平面调制靶的周期、振幅等参数进行测量。结果表明:模板和CH平面调制靶的两侧均具有不同的扰动图形;两侧扰动的波长相同,均为54μm左右,但振幅不同,分别为4.8μm和1.9μm;两侧扰动的平衡位置在同一水平面,调制图形的各项参数与设计值基本一致,模板表面的扰动图形成功地转移到了CH薄膜表面,获得了满足R-T不稳定性实验需求的双模CH平面调制靶。