等离子体控制优化激光烧结Ni_(30)Cr_(25)Al_(15)Co_(15)Mo_(5)Ti_(5)Y_(5)高熵合金涂层的显微组织与性能

提出一种激光诱导等离子体的主动抑制方法,以优化Ni_(30)Cr_(25)Al_(15)Co_(15)Mo_(5)Ti_(5)Y_(5)高熵合金(HEA)涂层表面激光烧结(SLS)的晶体结构和摩擦学性能,该过程采用脉冲激光和不同保护气体。结果表明,无保护气体或He气氛下的电子温度(T_(e))和等离子体射流体积均高于Ar-He气氛下的。SLS过程中发生明显的相变和金属原子扩散,α-AlFe_(3)、α-AlNi和γ-AlFe_(2)Ni化合物沉淀形成冶金结合。等离子体通过逆韧致辐射(IB)吸收较低能量加强激光与HEA之间的相互作用,使涂层显微硬度增加,动态摩擦因数降低,这说明等离子体控制对激光增材制造存在重要影响。

纳秒激光等离子体相互作用过程中激光强度对微波辐射影响的研究

在强激光与等离子体的相互作用中,通常能够产生时间尺度长达百纳秒量级的微波辐射,形成的复杂电磁环境会干扰或损坏机械电子设备,并给物理过程的准确认识与表征带来困难.然而,目前对于微波辐射的产生机制的研究还不够系统和完善.本文通过系统地改变纳秒激光与等离子体作用过程中入射的激光能量以改变入射激光强度,发现微波辐射强度随激光强度非单调变化.在较低的激光强度下,辐射强度随激光强度的增加先增加后减小,辐射场时间波形呈现连续振荡的特征,辐射频谱包含低于和高于0.3 GHz两部分分量;在较高的激光强度下,辐射强度随激光强度的增加而增加,辐射场时间波形表现为数十纳秒的单极性辐射,辐射频谱主要包括0.3 GHz以下的分量.分析表明,导致微波波形和频谱差别的原因是辐射机制发生了变化.在较低的激光强度下,微波辐射由偶极辐射和靶上电子束向真空出射共同作用产生,其中偶极辐射占主导;在较高的激光强度下,微波辐射主要由靶上电子束向真空出射产生.研究结果对于理解纳秒激光与等离子体相互作用过程中的微波辐射机制具有比较重要的意义,同时也为借助微波辐射诊断激光与等离子体相互作用过程中的逃逸电子、靶面鞘层场等问题提供了参考.

高分辨椭圆弯晶谱仪在激光等离子体实验中的应用

描述了用于激光等离子体X射线光谱研究的椭圆弯曲晶体谱仪系统。在"神光Ⅱ"第九路激光上对该谱仪进行标定实验,利用CCD相机成功地获得了激光等离子体铝和钛离子的K壳层和金离子M壳层谱;通过研究和辨认谱线,得到了X射线光谱,同时还给出了实验测定的谱仪分辨率。椭圆弯曲晶体谱仪除有高的收集光子效率外,还有更好的谱分辨和空间分辨率。分析了椭圆弯曲晶体谱仪在前沿科学技术和高技术实验中的应用。

激光等离子体X射线特征谱轮廓诊断

开展了利用X射线特征谱轮廓诊断激光等离子体状态参数的研究。在"神光II"激光装置上,将0.35μm频谱激光束聚焦于真空室内固体氯(Cl)元素靶上产生激光氯等离子体,利用高分辨X射线椭圆弯晶谱仪获取高能谱分辨激光氯等离子体辐射的X射线精细结构能谱。用类氢(1s-3p)和类氦(1s2-1s3p)氯离子能级跃迁光谱线的光强度比率计算了激光等离子体的电子温度;然后在假定光性为薄的情况下,利用X射线谱线Lyman-线形轮廓的Stark效应所产生的谱线展宽测量了等离子体的电子密度。实验获得的激光等离子体日冕区内体平均电子温度约为450eV,电子密度约为7.5×1022 cm-3。文中还简单分析了能谱线的半高全宽度(FWHM)值以及诊断过程引入的诊断误差,初步预估诊断误差可控制在25%以内。该项工作为X射线特征谱轮廓法进一步应用于激光聚变靶丸压缩度精度测量等工作提供了参考。

钽激光等离子体类镍和类钴离子谱线辨认

采用聚焦石英弯晶谱仪测量钽(Ta)激光等离子体发射谱线，得到了一维空间高分辨软X 射线谱，辨认了其类镍和类钴离子谱线。精确测量和准确辨认出类镍和类钴离子4f-3d的共振跃迁线，给出了类镍钽离子簇波长和( =0.576 46 nm是类钴离子4f-3d的共振跃迁线的实验结果，其精确波长值的绝对误差小于5×10^(-5) nm。

柱状锗等离子体状态的时空分辨诊断

在四靶串接X光激光实验中,用时间分辨晶体谱仪记录了类Ne锗共振线及其类Na伴线的时间扫描特性。测出了这些谱线的辐射持续时间(FWHM)约为0.95ns。考察了锗等离子体电子温度T_e随时间的演化,观测到T_e≥400eV的维持时间大于1.2ns。用空间分辨晶体谱仪诊断得到锗等离子体电子温度T_e和电子密度n_e的轴向分布,其平均值T_e=4.9×10~2eV,n_e=1.2×10^(20)/cm^3。

软X射线双频光栅干涉诊断等离子体

针对高温稠密激光等离子体临界密度附近电子密度的诊断需求,发展了基于软X射线激光的软X射线双频光栅干涉诊断技术。利用波长13.9nm的类镍银软X射线激光作为探针,掠入射式的双频光栅作为分光干涉元件,对激光辐照金平面靶产生的等离子体进行诊断尝试。实验获得了清晰的干涉条纹图像,充分表明该技术的实用性。但结果中存在靶面不清晰等问题,为此,提出了初步的解决方案。

金等离子体M带谱强度的定量测量

在"神光II"多束高功率激光装置上利用列阵透镜匀滑钕玻璃波长0.53μm的强激光幅照平面金(Au)靶时产生X射线,本文给出了X射线绝对转换效率ξx。研究了多束倍频激光叠加驱动靶形成X射线背景光源辐射金M壳层1.8—3.1Kev带谱的特性,获得了不同激光功率密度及不同角度驱动靶面等几种条件下X射线能谱的定量测量结果和能谱分布。

用于高温等离子体电子密度测量的摩尔偏折仪

摩尔偏析测量术通过测量探针光束经过不均匀介质后光线的偏折来估算介质 的折射率。基于这一理论，研制了实用的摩尔偏折仪，利用软Ｘ射线激光作为探针来探测高温 高密等离子体的电子密度，结合软Ｘ射线激光实验做了初步的演示。

宽带激光辐照平面薄膜靶的近前向散射

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.

LD端面泵浦Tm:SrF_(2)电光调Q激光器

高掺杂浓度的Tm^(3+)增益介质能通过交叉弛豫过程提高激光器的量子效率,但同时也会增加能量上转换带来的损耗,从而限制激光器效率的进一步提升。对Tm:SrF_(2)晶体的荧光特性以及激光性能展开研究。在激光二极管(LD)端面泵浦下,实现最大功率2.99 W的自由运转输出,激光器的泵浦阈值为0.89 W,中心波长1851 nm,斜效率高达82.1%。采用KTP电光调Q开关演示了Tm:SrF_(2)激光器的电光调Q输出特性。在500 Hz重复频率下,获得了1.02 mJ的最大单脉冲能量,泵浦阈值为2.01 W,最短脉冲宽度为45 ns,对应峰值功率为22.67 kW。实验结果表明,基于LD泵浦的Tm:SrF_(2)激光器具有非常高的效率,有望成为中红外光学参量振荡器(OPO)和光学参量放大器(OPA)的理想泵浦源。

强度调制宽带激光对受激拉曼散射动理学爆发的抑制

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.

类镍-银X射线激光及其应用实验研究

在神光 II激光装置上进行了类镍 -银 X射线激光及其作为探针测量等离子体电子密度的实验研究 ,获得了类镍 -银 X射线激光饱和输出 。

双驱动x射线激光等离子体能谱特性研究

用时间积分空间分辨的平晶千电子伏谱仪测量了钽激光等离子体发射波长范围为 0 4 5— 0 75nm的软x射线能谱 ,精确测量和准确辨认出类镍、类钴和类铁离子的共振线及类镍离子的内壳层跃迁线 .对实验结果处理 ,获得了辐射线谱的强度 .通过谱线比率的诊断推断脉冲激光时差对等离子体状态的影响 ,至少也可部分解释激光上能级的粒子数及等离子体的电离程度 .

“多靶串接”饱和增益软X光激光实验研究

采用“多靶串接”设计,利用强度为0.8×10^(13)～1.0×10^(13)W/cm^2,波长为1.05μm,脉宽约1ns的两路钕玻璃激光线聚焦辐照四块串接的平面厚锗靶,观察到波长为23.2和23.6nm的接近饱和的类Ne锗软X光激光输出。当总靶长为5.6cm时,这两种波长的软X光激光输出的GL值都达到16左右,沿靶法线和靶平面方向的发散角都只有3～4mrad。

“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。

软X射线激光背光阴影成像技术的空间分辨研究

软X射线激光阴影成像技术是一种诊断高温稠密等离子体临界面附近阴影轮廓的诊断技术,具有测量视场大、空间分辨能力高的特点,具有重要的应用前景.对该技术的空间分辨具体能够达到什么程度则没有进行过系统研究.本文分别从光路几何、衍射极限、成像像差三个方面进行了仔细分析,结果表明目前采用该技术的诊断系统能够达到约2μm的空间分辨.主要受限是光路几何因素,通过增加放大倍数、选择单元尺寸更小的接收元器件等方式,有希望达到优于1μm的空间分辨.

高能飞秒激光系统中空间滤波器的研究和设计

由于透镜传输时间延迟效应(PTD),飞秒激光脉冲经过空间滤波器产生脉冲波前变形。讨论了用双胶合透镜或双分离透镜代替空间滤波器中的单透镜,以消除或减小PTD效应,设计了适用于飞秒激光装置的空间滤波器。

高功率激光驱动器光束匀滑技术研究(特邀)

激光驱动惯性约束聚变的打靶过程中,光场不同空间频率的不均匀性会引起内爆的流体力学不稳定性、印痕效应和激光等离子体不稳定性。这些不稳定过程将最终影响内爆压缩倍率,从而影响到点火。为了控制焦斑不均匀性进而抑制不稳定过程,人们提出了束匀滑技术:通过光场调控控制焦斑分布特性,进而控制束靶耦合过程。束匀滑可分为空间域匀滑和时间域匀滑。空间域匀滑通过控制波前形态获得平整的焦斑包络,降低低频不均匀性。时间域匀滑通过控制光束的相干性减弱激光焦斑中的散斑,进而减弱中高频不均匀性。随着抑制更高激光功率密度条件下激光等离子体相互作用的需求愈发紧迫,涌现出一些新型的束匀滑方法。文中介绍了束匀滑技术在大型激光装置上的使用情况,并对目前提出的各种束匀滑技术进行了总结和分析。

高功率钕玻璃激光系统低时间相干光频率转换技术研究进展

低时间相干脉冲可有效提高激光与等离子相互作用中参量不稳定性的阈值,但高效频率转换难题是实现其工程应用瓶颈之一。系统分析了高功率激光驱动器已有的各类低时间相干脉冲频率转换技术的特性,并基于数值模拟和实验分析了部分掺氘DKDP晶体用于超辐射光倍频、三倍频的特性与工程应用可行性,结果表明掺氘17%左右DKDP晶体可以提高钕玻璃系统超辐射光的倍频效率,理论转换效率可达到约80%,10%梯度掺氘DKDP晶体则可实现5 THz带宽三倍频输出。