1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
2 中国科学院中国工程物理研究院高功率激光物理联合实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学, 北京 100049
靶定位与束靶耦合技术是激光聚变实验过程中最为关键的技术之一,是关系整个激光聚变实验成败的重要技术。综述了从20世纪70年代至今较为有代表性的各高功率激光驱动装置的靶定位与束靶耦合技术方案,讨论了设计技术方案的基本原则,总结了已有方案各自的优势与缺陷,并对一些新方法进行了展望。
激光器 惯性约束核聚变 束靶耦合技术 靶定位技术 光束指向 靶场
上海大学 机电工程与自动化学院, 上海 200072
靶准直器是惯性约束核聚变靶场中的重要部件, 其在靶室中的位姿是保证靶定位瞄准精度的主要因素之一。为了实现微米级的定位瞄准精度, 需要利用调整机构对靶准直器位姿进行调整。本文采取理论分析、有限元仿真和实验验证相结合的方法对靶准直器悬臂Y向调整机构的受力变形和稳定性进行了研究。根据对Y向调整机构的受力变形分析, 得到结构受力变形的理论关系式, 可从理论上优化Y向调整机构的刚度和稳定性; 基于有限元仿真对Y向调整机构进行相应约束条件下的稳定性分析和结构优化; 利用实验装置对靶准直器整体稳定性进行实验测试。实验结果表明: Y向调整机构优化后, 靶准直器静态Y向变形由原来的7.9 μm减小至小于2 μm, 动态稳定性满足系统2 μm/2 h的稳定性要求。同时, 试验、仿真和理论分析结果的变化趋势一致, 验证了理论和仿真分析的正确性。
靶准直器 调整机构 受力变形 稳定性分析 有限元 Target Alignment Sensor(TAS) adjusting mechanism force deformation stability finite element
Author Affiliations
Abstract
1 National Laboratory on High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
3 Shanghai Institute of Laser Plasma, China Academy of Engineering Physics, Shanghai 201800, China
The Shen-Guang II Upgrade (SG-II-U) laser facility consists of eight high-power nanosecond laser beams and one short-pulse picosecond petawatt laser. It is designed for the study of inertial confinement fusion (ICF), especially for conducting fast ignition (FI) research in China and other basic science experiments. To perform FI successfully with hohlraum targets containing a golden cone, the long-pulse beam and cylindrical hohlraum as well as the short-pulse beam and cone target alignment must satisfy tight specifications (30 and $20~\unicode[STIX]{x03BC}\text{m}$ rms for each case). To explore new ICF ignition targets with six laser entrance holes (LEHs), a rotation sensor was adapted to meet the requirements of a three-dimensional target and correct beam alignment. In this paper, the strategy for aligning the nanosecond beam based on target alignment sensor (TAS) is introduced and improved to meet requirements of the picosecond lasers and the new six LEHs hohlraum targets in the SG-II-U facility. The expected performance of the alignment system is presented, and the alignment error is also discussed.
laser drivers petawatt lasers spherical hohlraum target alignment target area High Power Laser Science and Engineering
2018, 6(1): 01000e10
军械工程学院 军械技术研究所, 石家庄 050000
提出一种基于靶标调向装置的脉冲激光测距机光轴平行性检测方法。靶标十字分划中心分别与脉冲激光测距机白光瞄准光轴十字分划中心和激光发射光轴光斑中心对准, 通过读取码盘数据计算光轴平行性误差。该方法操作简单, 能够实时定量地检测光轴平行性误差, 有效地提升了检测精度, 实现了光轴平行性检测的数字化、自动化。
脉冲激光测距机 靶标调向装置 光轴平行性 pulsed laser rangefinder target alignment device parallelism of optical axis CCD CCD
哈尔滨工业大学 自动化测试与控制系,黑龙江 哈尔滨 150001
为了提高惯性约束聚变实验中高功率激光驱动装置束靶耦合的精度,介绍了几种束靶耦合监测方法,包括靶室外直接监测,靶室内直接监测,靶室内基于共轭原理的传感器监测等。分析了各种方法的优缺点,并重点对基于光学共轭原理的传感器的耦合精度进行了研究,分析了图像测量误差,CCD保护玻璃引入的误差,调焦导轨运动时引入的误差及传感器标定装校时引入的误差。实验测试及精度分析表明,共轭式传感器引入的束靶耦合误差为±10 μm。采用这种基于光学共轭原理的传感器,可以实现大型激光驱动装置的快速、高精度束靶耦合。
惯性约束聚变 束靶耦合 误差分析 传感器 Inertia Confinement Fusion(ICF) laser and target alignment error analysis sensor
