在惯性约束聚变间接驱动装置中, 针对柱形腔两端注入结构及其光路排布方案, 建立了基于束匀滑技术的激光束传输模型。在此基础上, 分析了激光集束在真空柱形腔腔壁上的辐照特性, 并根据柱形腔整体腔壁光斑排布特性, 对激光集束光路排布进行了初步优化。结果表明, 随着入射角度的增加, 激光集束在腔壁的光斑尺寸逐渐变小, 而其在腔壁上的热斑比例无明显变化, 偏振特性也基本保持一致。通过进一步分析所有激光集束在腔壁上的强度分布和热斑比例可知, 内、外环激光集束在腔壁上的交叠区域将增大局部峰值强度, 提高热斑比例。可以通过适当调节内环激光集束的焦面位置和入射角度来改善所有激光集束在腔壁上的辐照特性。

建立了间接驱动过程中激光组束通过透镜在黑腔柱体中传输的模型。利用柯林斯公式，将各个锥环所有激光束投射到腔壁上的所有焦斑光强进行非相干叠加，研究其光强分布。详细分析了空间相干度、透镜聚焦F 数、离焦距离对靶壁上焦斑光强分布均匀性的影响。空间相干度增大时，非相干叠加得到的亮斑光强度增大，光强起伏更剧烈，顶部光强分布均匀性变差；增大透镜聚焦F 数，焦斑光场增强，光强振荡程度加深，光场分布更不均匀；而离焦量变大时，靶腔壁上的光强度降低，其振荡程度也减弱，光强峰值差值变小，顶部光强分布变得均匀。

在惯性约束聚变装置中，激光集束在腔内的传输叠加特性对实现靶丸的有效压缩极为重要。为了更为深入地了解激光集束在腔内的传输叠加特性，针对典型的柱形腔结构及其光路排布，建立了真空腔内的光传输模型，数值模拟和讨论了多集束激光在腔内的传输叠加情况。考虑到激光束的交叉重叠会带来交叉光束能量转移、激光等离子体相互作用等问题，提出通过确定集束间相互分离的特征面位置，进而从偏振特性和热斑占比等方面对多集束激光在腔内的传输及叠加特性进行分析。结果表明，多集束激光在腔内传输时，内环集束和外环集束激光先分离，之后内环相邻集束之间和外环相邻集束之间各自分离。单端集束在腔内传输过程中，其均匀性从靶腔注入孔到腔壁的过程中呈现先变差后变好、再变差的趋势，而热斑的峰值强度随着离焦量的增加不断减小，热斑所占的面积则先增加后减小。此外，激光束在腔内传输时偏振度随腔内传输距离的大小并无明显变化。

针对间接驱动装置中球形腔结构及其光路排布，并基于光谱角色散、连续相位板(CPP)和偏振控制板联用的束匀滑方案，建立了球形腔内激光束的传输模型。由于球形腔和光路排布的高度球对称性，在对激光束经过注入孔的传输特性进行分析时，选取注入孔所在平面作为观察面，并主要对其“堵孔”问题进行分析；在对腔内的传输及腔壁的辐照特性进行分析时，选取了一系列同心球面作为观察面，以分析其均匀性。计算结果表明当不同入射角度的激光集束采用相同的CPP 设计时，随集束入射角度的增大，在注入孔处，激光的注入率降低，更易导致“堵孔”现象，但激光集束在腔内的交叉重叠会逐渐减少，其在腔壁上的光斑均匀性有所改善，且整体光斑的占空比较有所提高，更利于靶丸均匀辐照。当不同入射角度的激光集束采用不同的CPP 来优化光斑时，在注入孔的“堵孔”问题得到改善，而腔壁的占空比有所降低。在实际工作中，应综合考虑注入孔的注入率和堵孔问题、腔内的交叉、腔壁上的光斑均匀性及占空比，对球形腔中集束的入射角度进行合理设计。

与中心点火相比, 快点火将压缩和点火过程分开, 大大放宽了对压缩对称性和驱动能量的要求。通过在神光Ⅱ激光装置上开展了快点火锥壳靶预压缩实验研究, 利用X射线背光分幅照相方法观察到了清晰完整的快点火锥壳靶内爆压缩过程, 并利用阿贝反演结合剩余烧蚀质量的方法得到了不同时刻燃料密度、面密度分布数据, 当前实验条件下获得的最大压缩密度和面密度分别为30 g/cm3和50 mg/cm2; 为解决金柱腔M带对导引锥的预热以及由此导致的燃料-锥体材料混合问题, 提出了一种在锥体表面镀低Z材料的方法, 实验和辐射流体数值模拟结果验证了该方法的有效性, 该方法的成功解决了间接驱动快点火激光聚变的重要关键技术问题。

总结了在神光Ⅲ原型激光装置上开展的一系列黑腔物理实验研究, 从多个方面研究了黑腔内部等离子体状态和辐射场特性。用真空黑腔能量学研究获得了散射光、辐射温度和不同能段辐射流份额的定标规律, 从能量学角度梳理和分析了整个激光黑腔相互作用过程。通过对黑腔中充入低密度低Z气体抑制了腔壁等离子体运动, 明显减少了可能造成靶丸预热的金M带辐射流(1.6~4.4 keV)份额。针对黑腔内部不同区域等离子体, 研究了光斑区等离子体的运动, 分析了其与电子热传导限流因子的关系; 研究了冕区等离子体的运动, 分析了不同充气等离子体条件对其的影响; 在同一发次实验中同时测量了光斑区与再发射区的辐射流比值。

通过理论分析和LARED多群辐射输运模拟研究了激光间接驱动聚变中黑腔辐射温度的角分布特点。研究发现, 黑腔辐射温度角分布主要决定于光斑区与非光斑区的对比度、视野中光斑区的面积比例, 以及体发射的份额。激光二维光环排布下黑腔辐射温度角分布与二维LARED模拟结果非常一致。研究还发现, 二维的LARED模拟能够有效地用于研究神光Ⅲ原型黑腔实验中三维光斑排布下的辐射温度角分布。通过缩小FXRD测量面积能够有效地提高黑腔辐射温度随角度的变化, 从而降低辐射流测量误差对辐射温度角分布的影响。

引入守恒格式的自相似解计算黑腔X射线能流时空分布，通过视角因子方法计算靶丸表面入射能流分布，从而进行惯性约束聚变辐射驱动时变对称性分析。分析了光斑运动、激光脉冲波形及靶丸装配偏差对靶丸辐照均匀性的影响。以二阶分量时间积分值为优化目标，最佳腔长计算值与内爆对称性调节实验结果相符，内爆腔靶组合参数扫描得到的最佳长径比与NIF目前实验值相当，模型有效性得到验证。

神光Ⅱ装置上靶丸压缩实验中, 黑腔长度的变化会影响靶丸赤道和两极受到的辐照强度, 从而导致燃料区被压缩成不同的形状。介绍了辐射多群扩散建模下的辐射流体力学方程组及其数值方法。采用最近研制的二维总体LARED集成程序, 对神光Ⅱ不同长度黑腔靶丸压缩变形实验进行了整体数值模拟。结果表明辐射多群扩散建模可以反映腔内辐照均匀性变化情况, 靶丸压缩形状与神光Ⅱ实验定性一致。

讨论了神光Ⅲ主机内爆柱腔靶长径比（腔长与直径之比）对靶丸辐照不均匀度的影响。根据神光Ⅲ主机设计参数，计算了黑腔内侧激光光斑参数。利用视角因子方法，分析了一个简化的双锥环辐照模型下靶丸表面辐照不均匀度随黑腔长径比的变化，讨论了腔壁反照率、内外环激光功率比和光斑移动等因素对最佳长径比和不均匀度的影响。计算表明，合理选择长径比能使靶丸表面辐照不均匀度小于1%，最佳长径比与NIF点火黑腔设计值基本相符。