Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China
2 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
3 School of Optoelectronic Information, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China
We propose axial line-focused spiral zone plates (ALFSZPs) for generating tightly focused X-ray vortex beams with ultra-long depth of focus (DOF) along the propagation direction. In this typical design, compared with the conventional spiral zone plates (SZPs) under the same numerical aperture (NA), the DOF of ALFSZPs has been extended to an ultra-length by optimizing the corresponding parameters. Besides, it also exhibits lower side lobes and smaller dark cores in the whole focus volume. The diameters of dark cores increase as the topological charge value increases.
050.1220 Apertures 050.1940 Diffraction 050.1965 Diffractive lenses Chinese Optics Letters
2018, 16(8): 080501
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 惯约实施管理中心, 四川 绵阳 621900
3 电子科技大学 能源科学与工程学院, 成都 611731
给出了适用于0.1~5 keV的平响应X射线光阴极的设计方案.采用两层不同厚度、相同面积的相同金属材料制备X射线光阴极, 两金属层的厚度和微观结构经过优化后, 在惯性约束聚变实验感兴趣的能区具有良好的平响应特征, 不需要复杂的解谱过程.选取4种不同的光阴极材料, 改变厚度和占空比设计, 计算得到了光阴极不平整度.模拟结果表明, 该光阴极在0.1~5 keV能量响应基本一致, 不平整度优于5%.
惯性约束聚变 X射线 条纹相机 透射式光阴极 平响应X射线光阴极 Inertial confined fusion X-ray Streak camera Transmission photocathode Flat-response X-ray photocathode
Author Affiliations
Abstract
1 School of Energy Science and Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 611731, China
2 Laser Fusion Research Center, Chinese Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
Intensive electromagnetic pulses (EMPs) can be generated from interaction of the ultra-intense lasers and solid targets in inertial confinement fusion (ICF), which will detrimentally affect the data acquisition from some electric components. A diagnostic system for EMP measurement inside and outside the ShenGuang-III facility is designed and fabricated in this study. The experimental results indicate that the peak magnitude of EMP reaches up to 3210.7 kV/m and 6.02 T. The received signals depend most on the antenna and target types. The half-hohlraum generates a more intensive EMP radiation than that from the other targets, and the large planar and medium discone capture much stronger signals than the other antennas. In addition, the mechanisms of EMP generation from different targets are discussed. The resulting conclusion are expected to provide the experimental basis for further EMP shielding design.
140.3320 Laser cooling 140.3538 Lasers, pulsed 350.5610 Radiation Chinese Optics Letters
2016, 14(10): 101402
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川绵阳 621999
2 电子科技大学能源科学与工程学院, 四川成都 611731
实验测量了神光 -III原型装置上脉冲强激光与金属靶相互作用产生的电脉冲辐射, 电脉冲峰值梯度为 3 kV/m, 频谱范围大约在 50 MHz～2 GHz, 在 160 MHz等处有明显的特征峰, 信号持续时间大约 60 ns。本文研究表明电偶极辐射是打靶过程产生电磁脉冲信号的来源之一, 由理论模型计算得到频率为 160 MHz的特征峰, 并计算出探测点电场脉冲峰值梯度约为 2 kV/m, 辐射总功率约 105 W, 能量转换率约 10-6, 辐射功率近似正比于激光能量的 4/3次方, 可见激光能量越大, 功率密度越高, 电脉冲的辐射强度越大。大型激光装置上的激光与靶作用产生的电磁脉冲测量, 对大型激光装置产生的电磁辐射的防护有重要指导作用, 在等离子体诊断等领域也有潜在应用价值。
激光等离子体相互作用 电磁脉冲 天线 偶极辐射 laser-target interaction electromagnetic pulse antenna dipole radiation 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(6): 905
1 电子科技大学能源科学与工程学院, 四川 成都 611731
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
通过脉冲接收天线的设计和测试方法的优化，建立了神光Ⅲ原型激光器电磁脉冲(EMP)的强度分布等激光参数和靶型的关系，为进一步研究它们的产生机理和激光靶相互作用提供实验依据。考虑到电磁场极化方向的不确定性，使用三个相互正交的环形磁天线对激光装置靶室内部的电磁脉冲信号进行了测量，对比分析了两种靶型辐射电磁脉冲信号的频域特性，探讨了天线摆放位置对信号强度的影响，同时通过多物理场模拟对球形腔内电磁场的分布进行了分析。
激光技术 电磁脉冲 天线 模拟
1 电子科技大学 能源科学与工程学院, 四川 成都 611731
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
惯性约束聚变(ICF)背景下的激光靶耦合过程产生大量电磁脉冲, 对诊断设备的正常运行和测试数据的采集产生不良影响, 严重时甚至损害诊断装置。介绍了强激光与金属靶相互作用过程中受激辐射产生等离子体的数学模型, 模拟了盘锥脉冲天线的物理模型、三维增益等各项指标, 并对打靶过程进行测量, 得出电磁辐射电场值, 并推导出其频域分布。实验结果显示, 影响电磁辐射强度的因素有激光能量、激光打靶方式和入射方向等。对于平面靶, 相同靶型和靶材质情况下, 不同功率激光与平面靶相互作用发出的电磁脉冲具有相似的频谱和相同的特征频率。诊断结果为激光打靶产生电磁脉冲物理机制研究提供重要实验依据。
电磁脉冲 圆锥天线 电磁耦合 时域分布 频域分布 electromagnetic pulse conical antenna electromagnetic coupling time-domain distribution frequency-domain distribution 红外与激光工程
2016, 45(6): 0606007
1 电子科技大学 能源科学与工程学院, 成都 611731
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为诊断激光打靶产生的电磁脉冲信号分布,选取环天线作为主要电磁脉冲信号采集装置,对靶室内外信号同时进行测试。从天线设计制作到天线标定,描述了脉冲诊断系统的搭建。通过对信号进行采集及处理,对比分析了靶室外、法兰口及靶室内脉冲信号的频域特性和强度。得出靶室内受到电磁脉冲辐射强度最大且频谱分布最广,其次是法兰口,靶室外电磁脉冲信号最弱。总结多次激光打靶电磁脉冲信号频域分布,可看出波峰主要出现在0.5,1.2,3 GHz。电磁脉冲时域结果规律性展示出脉冲持续约100 ns,因靶室内回波振荡,电磁脉冲信号于几ns处及几十ns处有较明显峰值蔟。
惯性约束聚变 激光靶耦合 电磁脉冲 靶室内外 inertial confinement fusion laser target coupling electromagnetic pulse outside and inside the target chamber 强激光与粒子束
2015, 27(10): 103224
1 电子科技大学 能源科学与工程学院,成都 611731
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
3 中国工程物理研究院 惯约实施管理中心,四川 绵阳 621900
4 中国科学院 微电子研究所,北京 100029
设计了一种错位双光栅色散元件,与条纹相机耦合实现了0.1~5 keV范围X射线时间分辨谱的测量.该色散元件由2 000 lp/mm和5 000 lp/mm两块子光栅在空间错位排布而成,低密度光栅测量低能段软X射线(100~1 000 eV),高密度光栅测量中能段软X射线(1 000~5 000 eV),通过空间错位实现能谱拼接.在同步辐射源上使用单色能点对其进行标定,获得了错位双光栅衍射效率的实验结果.根据光栅的结构特性,结合标定结果与严格耦合波分析理论,计算得到了100~5 000 eV能区光栅的绝对衍射效率曲线,并给出了错位双光栅的解谱方法.该错位双光栅能够有效提升透射光栅谱仪的性能,为高温等离子体诊断提供宽谱X射线时间分辨谱定量测量.
错位双光栅 实验标定 衍射效率 时间分辨谱 激光等离子体诊断 Shifted dual transmission grating Experimental calibration Diffraction efficiency Time-resolved spectrum Diagnostics of laser-produced plasma 光子学报
2015, 44(10): 1030003
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上采用了辐射驱动冲击波速度被动式测量技术，对冲击波发光图像信噪比进行了理论分析和实验研究，结果表明：靶室内杂散光比冲击波信号至少强4个量级以上，是影响信噪比的关键因素。据此提出了信噪比控制技术，通过电磁屏蔽优化，采用了基于光触发的快时间分辨测量技术，提高了冲击波速度测量精度。基于冲击波测量辐射温度，对辐射驱动冲击波速度被动式测量技术进行了考核。实验测量的冲击波发光图像清晰，数据信噪比及冲击波速度和物理预期一致，验证了技术的可靠性。
激光聚变 冲击波发光图像 冲击波速度测量 光学条纹相机 laser fusion shock breakout image measurement of shock velocity optic streak camera
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
对相机全屏扫速性能进行了系统分析，发现基于相机整体的平均扫速及扫速非线性处理扫描时间的传统方法不能反映相机空间畸变现象，并且扫速非线性放大了数据处理不确定度，从而降低了相机应用价值。建立了一套基于全屏扫速及扫速不确定度的扫描时间精细处理方法，它自洽消除了相机的空间畸变和扫速非线性的系统性影响。开展了理论分析和验证实验，结果表明:精细处理方法很容易使扫描时间数据处理相对不确定度降低到1%以内，显著提高了条纹相机时间扫描精度和应用可靠性。
激光聚变 光学条纹相机 扫速 时间扫描 空间畸变 扫速非线性 laser fusion optic streak camera sweep velocity time sweep spatial distortion sweep-velocity nonlinearity
