研究了基于间接驱动设计的神光Ⅲ原型装置在直接驱动方式下提供的辐照均匀程度,在考虑激光瞄准偏差以及激光束间能量偏差的情况下,通过优化激光光斑内部光强分布实现了球靶表面较高程度的均匀辐照。研究表明光强均方根随激光偏差的减小而降低。在优化结果基础上,分析了优化光强与实际光强的联系,指出可通过同步放缩具有长度量纲的量调整靶球表面平均光强,为后续靶设计提供了依据。最后,研究了优化结果在直接驱动快点火技术途径下的应用,分析了导引锥对激光传输的影响,表明当导引锥位于靶球两极方向,并且半锥角小于30°时,导引锥对锥外部靶球表面的光强分布影响较小,优化结果亦可应用于直接驱动快点火。

介绍了基于神光Ⅲ原型装置的成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)的系统结构和实验结果，详细阐述了为解决VISAR系统的光路对接调试、干涉仪零程差状态保持、探针激光方式、条纹相机触发时间等问题而采取的特殊手段。对系统性能进行了测试，结果表明:时间分辨力优于30 ps，空间分辨力优于10 μm，测速范围为10~50 km·s-1。通过神光Ⅲ原型装置进行打靶实验，结果表明:该系统能获得透明材料中冲击波作用形成的清晰干涉条纹，能依据条纹分布情况来判断冲击波在空间不同位置的作用情况。对双灵敏度结构获得的两幅条纹图像进行处理，计算得到了冲击波在透明材料中的传播速度为36.5 km·s-1。

针对物理实验要求的三台阶整形脉冲(脉冲宽度比为1.5 ns:1 ns:0.5 ns,幅度比为1:4:16),在神光Ⅲ原型(TIL)装置上开展了脉冲时间波形整形实验研究。首先,针对发射目标利用激光性能仿真模型预测注入激光系统的激光能量和脉冲波形。然后,在脉冲整形后进行不同功率的激光发射对脉冲波形进一步修正:利用实验测量的频率转换效率修正各光束1ω能量和1ω脉冲波形;通过拟合实验测量的能量数据修正注入激光能量;通过增益-通量曲线修正注入激光脉冲波形。最后,将各束注入脉冲波形再次折中作为脉冲波形调整的最终依据。实验结果表明,对靶面要求的3ω-3 ns-0.5 kJ(单束)的三台阶整形脉冲,8束脉冲波形与要求比较一致;三个台阶的束间瞬时均方根功率不平衡分别约为30%,10%和5%。

为实现高功率固体激光装置的能量平衡和功率平衡,开发了激光性能仿真模型为神光-Ⅲ原型装置的运行提供实时预测。模型能够确定系统参数设置(注入能量、注入脉冲波形和参数诊断衰减设置等)。注入能量的预测采用基于以往实验数据的放大曲线拟合方法。平顶脉冲的注入波形预测采用循环迭代算法,整形脉冲波形的预测采用增益-通量曲线法。参数诊断衰减设置是通过基于SG99光传输放大模型的全光路模拟计算实现。对原型装置的仿真表明,能量预测偏差在5%以内; 基频光束间能量分散度可控制在10%以内。模型已成为神光-Ⅲ原型装置运行仿真的有效工具。

针对神光Ⅲ原型装置,提出了一种在复杂的光学系统中进行鬼像分析的有效方法.该方法的特点在于结合了近轴光线追迹法和二叉树的数据存储结构,能对整个神光Ⅲ原型装置中可能产生的1至多阶(最高6阶)鬼像进行全面的分析,且耗费时间较短.通过分析找出了神光Ⅲ原型装置中鬼像能量较集中的几个光学表面,它们分别是:泡克尔斯盒中一个开关的前后表面,经过主放大级后的垂直反射镜面和折返系统末端的一块透镜的后表面等,这些结果都将为设计阶段排除高能量鬼像对系统元件可能造成的损伤提供有力的参考.

从不同的侧面给出神光-Ⅲ原型装置可靠性各种定量描述,以方便开展原型装置可靠性设计、分析、鉴定、验收与评定工作,从而为神光-Ⅲ工程可靠性的设计、分析与评价提供依据。在阐述原型装置指标体系建立原则的基础上,首先给出了原型装置故障和可靠性的定义,然后讨论了原型装置可靠度、平均寿命、工作寿命、维修度、平均维修时间、最大修复时间、首翻期、可用度等原型装置可靠性指标的概念和评价方法。

给出了神光Ⅲ原型装置主放大器系统的热畸变模型，该模型包括三个模块:热传输模块、热弹性力学模块、光学模块。利用该模型对原型装置的剩余热波前畸变进行了研究。初步结果表明，通过优化的冷却方案，可以在装置预定的运行周期内将激光工作介质内的温度梯度和总体平均温度冷却到可以接受的水平，剩余热波前畸变满足设计要求。利用该模型还定量地研究了增益介质的热膨胀系数与剩余热畸变之间的关系。