为了解决高能激光总能量测量中所面临的抗激光损伤能力问题, 设计了一种新型旋转式全吸收激光能量计, 具有测量不确定度低、系统结构简单、环境适应性强等诸多优点, 尤其在长时间出光的强激光能量测量中具有独特优势。光线追迹软件数值模拟结果表明激光辐照过程中能量逃逸率小于0.3%。利用有限元软件, 模拟计算了连续激光辐照下能量吸收体的温度场分布和最高温升情况, 给出了热吸收体最高温升与旋转速度的关系, 分析了测温探测器安装深度对温度传感器测温曲线的影响。该旋转式能量计完全可以满足数十兆焦耳激光能量测量要求, 也为更高能量的激光参数测试提供了一种全新的技术手段。

为解决高功率微波源传输线内能量的测量, 研制了一种全吸收式液体高功率微波能量计。能量计采用乙醇、去离子水等混合液作为吸收液, 吸收液吸收微波后体积膨胀, 探测器内的液面升高, 通过控制系统得到液面升高引起的电压变化值, 从而得到被测能量的大小。该套能量计具有结构简单、测量准确度高等特点, 经过实验, 测得能量计端口的电压反射系数小于-20 dB, 具有较好的匹配性, 能够开展10~600 J能量的测量, 5次测量结果标准偏差优于3%, 可满足高功率微波源传输线内或空间辐射能量的测量。

为了掌握熔石英样品在紫外波段的吸收特性, 研究了精确评估激光量热仪测量不确定度的方法。介绍了激光量热仪的吸收测量原理, 选用指数法对吸收测量数据进行了拟合; 通过分析各吸收率测量结果的影响分量, 建立了测量不确定度评估模型; 对各输入量的估计值以及估计值的标准不确定度逐一进行计算, 并对影响吸收率测量结果的拟合计算参数A、γ进行了修正。考虑背景温度漂移对被测样品温度测量的影响, 利用Matlab编程分析了线性、非线性温度漂移对吸收计算结果的影响, 获得其相对标准不确定度及相对扩展不确定度分别为2.6%和5.2%。最后, 更换熔石英基底并进行多次吸收测量, 计算了吸收率10次测量结果平均值的相对标准不确定度为2.3%, 相对扩展不确定度为4.6%, 与评估结果基本相同。

In this paper we review the provision of the laser diagnostics that are installed on the Vulcan laser facility. We will present strategies for dealing with the energy of high energy systems and with ways of handling the beam sizes of the lasers. We present data captured during typical experimental campaigns to demonstrate their reliability and variation in shot to shot values.

为了完成大口径高通量验证实验平台建造初期的三倍频能量测量, 采用凹面镜缩束方式取样的方法, 利用新型玻璃吸收元件完成光束的滤波, 实验测试了新型玻璃吸收元件对测试结果的影响。结果表明, 采用新型玻璃吸收元件可以获得干净的三倍频光, 剩余基频、二倍频光的影响在0.4%左右, 整个三倍频能量测量的测量不确定度可以控制在5%以内, 保证了激光装置能量测量的可靠性。

提出在卡计系数标定中采用直线拟合方法，综合考察相关系数、斜率、截距、斜率和截距标准偏差等参数，以斜率相对标准偏差作为采用何种直线拟合的主要判断依据；若过零直线拟合的斜率相对标准偏差小于不过零的斜率相对标准偏差，认为截距为随机误差，卡计系数标定按照非等精度的加权平均法求解；反之，应按照不过零直线拟合，截距为测试的系统误差，根据定位回归误差大小判断并剔除粗大误差；这样可以合理给出激光能量测试的卡计标定系数。

An energy measurement system in a Large-aperture high power laser experiment platform is introduced. The entire measurement system includes five calorimeters, which carry out the energy measurement of the fundamental frequency before the frequency conversion unit, remaining fundamental frequency, remain second-harmonics, third harmonics, as well as the energy balance measurement after the frequency conversion unit. Combinational indirect calibration and direct calibration are employed to calibrate the sampling coefficients of the calorimeters. The analysis of the data showed that, regarding the energy balance coefficients, combinational calibration approach gives a higher precision, and leads to an energy balance with 1%; and regarding the energy sampling coefficients for the various wavelengths after the frequency conversion, the results from direct and combinational calibration are consistent. The uncertainties for all energy sampling coefficients are within 3%, which guarantees the reliability of the energy measurement for the laser facility.

将光线追迹方法用于高能激光能量计的系统设计中。针对锥形腔激光能量计后向散射问题, 使用光线追迹方法进行能量仿真模拟, 并将其结果与理论计算结果进行对比, 验证了该方法的可行性。同时将其应用于实际的高能激光能量计系统设计中。