针对惯性约束聚变(ICF)装置中的光路排布和柱形靶腔结构，建立了基于诱导空间非相干(ISI)和消衍射透镜阵列(DLA)联用的宽带激光束匀滑方案的靶腔内光传输模型，进而开展了腔壁辐照特性的分析和优化。在基于ISI与DLA联用的宽带激光束匀滑方案中，主透镜焦距与柱形靶腔参数的匹配至关重要，否则将对不同入射角度集束在腔壁处的光斑造成不同程度的破坏，导致腔壁光斑交叉重叠，从而严重破坏腔壁辐照的均匀性。本文通过分析主透镜焦距和DLA参数等对腔壁辐照特性的影响规律，开展了宽带激光束匀滑方案的参数设计及优化，以改善腔壁辐照的均匀性。结果表明：增大主透镜焦距，可有效保持不同入射角度集束在腔壁处光斑的包络，从而减轻腔壁光斑交叉重叠的现象；合理选取DLA的子透镜数目和子透镜长短轴比例，可以提高腔壁光斑的占空比，并有效减少束匀滑所需的时间；优化内环集束的入射角度，可以避免内环与外环集束在腔壁上交叉重叠。
激光光学 惯性约束聚变 柱形腔 诱导空间非相干 消衍射透镜阵列 腔壁辐照特性
1 吕梁学院 物理系，山西 吕梁 033000
2 中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051
激光诱导击穿光谱技术是一种近年来随着激光技术和光谱检测技术的发展而兴起的物质成分检测技术。该技术具有快速、无损、操作简单、无需样品处理等诸多优点，而传统LIBS检测方法存在谱线强度弱、信噪比低等缺点，直接影响定量分析精度。为了增强激光诱导击穿光谱发射强度，提高信噪比，设计了高度为1 mm，直径分别为2 、3、4 、5 、6 mm；直径为5 mm，高度为1 、2 、3、4、5、6 mm的不同腔体，应用粒径分别为10、20、30 nm的纳米金颗粒与腔体结合对样品等离子体进行作用。实验表明，最优腔体直径为5 mm，高度为4 mm；最优纳米金粒径为20 nm。相比传统LIBS，在最优腔体、最优纳米金和最优腔体与最优纳米金联合作用下，增强因子分别为20.6、7.3、31.3，柱形腔体可以提高等离子体电子温度，纳米金粒子对电子温度几乎没有影响。纳米金粒子与柱形腔体均能提高光谱信号信噪比，在最优腔体和最优纳米金联合作用下，信噪比最高。
激光诱导击穿光谱 最优柱形腔体 纳米金粒子 电子温度 信噪比 LIBS optimal size of cylindrical cavity Au-NPs electronic temperature SNR 红外与激光工程
2021, 50(1): 20200137
四川大学 电子信息学院, 四川 成都 610064
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。
间接驱动 柱形腔 腔壁辐照特性 光路排布 indirect drive cylindrical hohlraum irradiation characteristics on hohlraum wall laser quads arrangement 红外与激光工程
2016, 45(11): 1106001
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。
激光光学 惯性约束聚变 间接驱动 柱形腔 传输 热斑
