辐照强度均匀性是太阳模拟器的一项重要指标,采用光学积分器进行匀光具有设计复杂和成本高等问题。采用三维打印技术制备的模具,将超高效镜面反射片压制为微球面反射镜片,用两片微球面反射镜片和圆筒形光导管组成新型匀光器,利用光的漫反射原理,得到在150 mm直径光斑上的辐照强度不均匀性为1.12%,该结果达到IEC 60904-9的A级水平。新型匀光器具有结构简单、光源利用率高、造价低廉等特点。

设计了一种离轴双反射自由曲面激光整形系统,不仅可以使输出光束辐照度分布变均匀,而且可以控制输出波前和扩束率。通过设置两个约束条件和初始条件,获得自由曲面上相邻采样点之间的迭代关系,从而计算整个自由曲面上所有采样点。利用软件对系统进行验证,将16 mm×16 mm的方形高斯束分别整形为80 mm×80 mm的方形均匀光斑和120 mm×20 mm的矩形均匀光斑,出射光束均为准直光束。结果表明:方形光斑均匀度为90.74%,光束扩束率为5;矩形光斑均匀度为94.75%,水平方向扩束率为7.5,竖直方向扩束率为1.25。

间接驱动激光聚变过程中, 黑腔内物质处于非局域热动平衡(non-LTE)状态, 而且辐射传输具有非平衡、各向异性等特点。为了精确描述黑腔辐射场的演化及其与物质的相互作用, 最新研制的激光聚变二维总体LARED集成程序, 基于non-LTE的多群辐射输运建模, 首次实现了激光黑腔靶实验的全过程数值模拟。数值结果表明, 辐射输运计算较好地反映了黑腔辐射场均匀性变化, 腔壁光斑区与非光斑区X光发射强度比与实验测量值接近, 靶丸压缩形状与实验图像定性一致。

设计了一种口径为Φ2500 mm的大型月球模拟器光学系统，通过控制不同波段LED灯组合成多个LED组元和灯阵实现355～1000 nm谱段月球光谱的模拟和不同月相的转换，从而模拟特定月相的几何特征和辐射特性。介绍了大型月球模拟器的组成和工作原理，利用光学分析软件LightTools对月球模拟器不同月相的辐亮度和辐照度不均匀性进行了仿真分析。结果表明，满月时辐亮度为32 W/(sr·m2)，不同月相的发光面照度不均匀度为14.7%，亮度不均匀度为17.2%，满足设计要求。

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。

The laser irradiation non-uniformity of target is required below 5% in inertial confinement fusion (ICF). The scheme of combining smoothing by spectral dispersion (SSD) and lens array (LA) is introduced to meet the above demand, based on the present application LA. The feasibility of the scheme is analyzed by numerical simulation. It shows that the irradiation non-uniformity of focal spot falls down from 14% with LA to 3% with SSD and LA. The result power spectrum analyses of focal spot show that the smoothing effect is caused by middle and high frequency intensity suppression. The scheme can improve the ability of beam smoothing. The results are useful for practical application.

为满足激光惯性约束聚变中靶面激光辐照不均匀性低于5%的要求, 在目前使用透镜列阵基础上, 提出了谱色散平滑与透镜列阵联用方案, 对其进行数值计算并分析其平滑效果和应用可行性。结果表明:焦斑的不均匀性从单独使用透镜列阵时的14%降低到与谱色散平滑结合后的3%;对焦斑点功率谱的分析表明谱色散平滑通过抑制焦斑中高频的频谱强度达到平滑效果。该方案可以进一步提高焦斑平滑效果, 计算结果对实际应用有着重要的参考意义。