中國原子能科學研究院激光技術發(fā)展及其在核科學中的應用
發(fā)布時間：2021-03-30 21:42
激光是受激輻射放大光,其方向性好、單色性好、相干性高,且能量在空間高度集中。隨著激光技術的快速發(fā)展,激光器成為繼加速器和反應堆之后研究核科學的一種新手段。本文回顧了中國原子能科學研究院激光技術及其應用研究的發(fā)展歷程,總結了準分子激光技術、沖擊波物理、超快超強激光技術、強場激光、激光核物理和光譜技術的發(fā)展現(xiàn)狀和最新進展,并展望了"超級天光"綜合激光裝置、基于大型激光裝置的物理工作和中小型特色激光器在核科學技術中的應用前景。
【文章來源】：原子能科學技術. 2020,54(S1)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：18 頁
【部分圖文】：
“天光一號”裝置光源光斑光強分布(a)、
高壓狀態(tài)方程是評價極端條件下材料性能的重要參數(shù)之一,通過測量靶樣品內(nèi)部的沖擊波速度、粒子速度,結合沖擊波雨貢紐方程可獲得靶材的壓力、密度、溫度等物性參數(shù)。為滿足慣性約束聚變、地球物理等方面的需求,國內(nèi)外在液氘、碳氫材料、鐵、硅酸鹽等材料狀態(tài)方程測量方面做了大量工作[53-56]�；凇疤旃庖惶枴毖b置,通過輻照平面型、臺階型等不同結構參數(shù)的鋁、鐵樣品材料,研究測量了其100 GPa壓力下的狀態(tài)方程數(shù)據(jù)(沖擊波速度與粒子速度的關系),如圖2所示,鋁材料內(nèi)驅(qū)動產(chǎn)生的沖擊波速度達9 km/s,粒子速度達3.9 km/s,對應的壓力可達95 GPa,密度被壓縮至4.8 g/cm3;鐵作為地核內(nèi)部主要成分,密度相對較高,高壓特性更復雜,“天光一號”驅(qū)動可在鐵內(nèi)產(chǎn)生36 GPa的壓力,沖擊波速度達5.2 km/s,并被壓縮到9.4 g/cm3。2) 高速飛片發(fā)射
在超快超強激光領域,除目前基于Ti:Sapphire的激光器外,半導體激光器的發(fā)展也對超快脈沖激光的進步起巨大的推動作用,特別是基于Yb摻雜晶體的超快脈沖激光器逐漸向全固化、高重復頻率、高功率、小型化方向發(fā)展。未來的第3代超快超強激光器[64]的主要方向是基于Yb超快超強激光器作為泵浦源,通過OPCPA產(chǎn)生高重復頻率的超快超強激光。在眾多摻Yb3+晶體中,Yb:KGW和Yb:CGA具有優(yōu)異的光學、熱力學等綜合性能,是目前發(fā)展較成熟的兩種激光增益介質(zhì),為實現(xiàn)高功率的超快脈沖激光提供了強有力的支持�；赮b:KGW晶體,在22 W的泵浦光功率條件下,獲得的鎖模激光最高平均功率為4.05 W,轉(zhuǎn)換效率為18.4%,單脈沖能量為53 nJ,峰值功率高達0.72 MW,此時對應的激光脈沖寬度為73 fs,中心波長為1 045 nm,重復頻率為75.5 MHz。在高功率運轉(zhuǎn)條件下,光束質(zhì)量因子M2均小于1.2,功率抖動RMS小于1%。同時開展了高功率被動鎖模Yb:CGA飛秒振蕩器的研究,獲得了平均功率4.5 W、單脈沖能量56 nJ、脈沖寬度93 fs的高功率鎖模飛秒激光輸出,如圖6所示[65-66]。圖5 各級放大系統(tǒng)的輸出光譜
【參考文獻】：
期刊論文
[1]氟化氪短脈沖激光的放大和組束研究[J]. 王釗,張驥,李靜,高智星,胡鳳明,田寶賢,班曉娜. 強激光與粒子束. 2020(01)
[2]空間偏移拉曼光譜信號探測及增強技術[J]. 劉秋實,張曉華,趙保真,李雨塵. 原子能科學技術. 2019(02)
[3]天光一號預放大器自動準直技術研究[J]. 李靜,王釗,胡鳳明,高智星,田寶賢. 原子能科學技術. 2019(06)
[4]神光Ⅲ原型裝置激光驅(qū)動高速飛片實驗研究進展[J]. 稅敏,儲根柏,席濤,趙永強,范偉,何衛(wèi)華,單連強,朱斌,辛建婷,谷渝秋. 物理學報. 2017(06)
[5]KrF激光照射約束層靶驅(qū)動產(chǎn)生高速飛片研究[J]. 殷倩,湯秀章,李業(yè)軍,王釗,田寶賢,張品亮. 航天器環(huán)境工程. 2016(03)
[6]基于LabVIEW和GPIB的數(shù)字示波器數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)設計[J]. 胡鳳明,陸澤. 計算機測量與控制. 2016(03)
[7]高壓大電流SF6激光觸發(fā)開關中透鏡的污染[J]. 陸澤,高智星,胡鳳明. 強激光與粒子束. 2016(01)
[8]激光驅(qū)動沖擊壓縮下金屬Al的高壓聲速研究[J]. 田寶賢,王釗,李業(yè)軍,梁晶,韓茂蘭,湯秀章. 原子能科學技術. 2015(02)
[9]激光均勻性對沖擊波平面性的影響[J]. 李業(yè)軍,田寶賢,王釗,梁晶,韓茂蘭,湯秀章. 原子能科學技術. 2014(S1)
[10]激光驅(qū)動氣庫材料實現(xiàn)準等熵壓縮理論模型分析[J]. 韓茂蘭,黃永盛,田寶賢,李業(yè)軍,梁晶,王釗,湯秀章. 強激光與粒子束. 2014(07)
本文編號：3110203
【文章來源】：原子能科學技術. 2020,54(S1)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：18 頁
【部分圖文】：
“天光一號”裝置光源光斑光強分布(a)、
高壓狀態(tài)方程是評價極端條件下材料性能的重要參數(shù)之一,通過測量靶樣品內(nèi)部的沖擊波速度、粒子速度,結合沖擊波雨貢紐方程可獲得靶材的壓力、密度、溫度等物性參數(shù)。為滿足慣性約束聚變、地球物理等方面的需求,國內(nèi)外在液氘、碳氫材料、鐵、硅酸鹽等材料狀態(tài)方程測量方面做了大量工作[53-56]�；凇疤旃庖惶枴毖b置,通過輻照平面型、臺階型等不同結構參數(shù)的鋁、鐵樣品材料,研究測量了其100 GPa壓力下的狀態(tài)方程數(shù)據(jù)(沖擊波速度與粒子速度的關系),如圖2所示,鋁材料內(nèi)驅(qū)動產(chǎn)生的沖擊波速度達9 km/s,粒子速度達3.9 km/s,對應的壓力可達95 GPa,密度被壓縮至4.8 g/cm3;鐵作為地核內(nèi)部主要成分,密度相對較高,高壓特性更復雜,“天光一號”驅(qū)動可在鐵內(nèi)產(chǎn)生36 GPa的壓力,沖擊波速度達5.2 km/s,并被壓縮到9.4 g/cm3。2) 高速飛片發(fā)射
在超快超強激光領域,除目前基于Ti:Sapphire的激光器外,半導體激光器的發(fā)展也對超快脈沖激光的進步起巨大的推動作用,特別是基于Yb摻雜晶體的超快脈沖激光器逐漸向全固化、高重復頻率、高功率、小型化方向發(fā)展。未來的第3代超快超強激光器[64]的主要方向是基于Yb超快超強激光器作為泵浦源,通過OPCPA產(chǎn)生高重復頻率的超快超強激光。在眾多摻Yb3+晶體中,Yb:KGW和Yb:CGA具有優(yōu)異的光學、熱力學等綜合性能,是目前發(fā)展較成熟的兩種激光增益介質(zhì),為實現(xiàn)高功率的超快脈沖激光提供了強有力的支持�；赮b:KGW晶體,在22 W的泵浦光功率條件下,獲得的鎖模激光最高平均功率為4.05 W,轉(zhuǎn)換效率為18.4%,單脈沖能量為53 nJ,峰值功率高達0.72 MW,此時對應的激光脈沖寬度為73 fs,中心波長為1 045 nm,重復頻率為75.5 MHz。在高功率運轉(zhuǎn)條件下,光束質(zhì)量因子M2均小于1.2,功率抖動RMS小于1%。同時開展了高功率被動鎖模Yb:CGA飛秒振蕩器的研究,獲得了平均功率4.5 W、單脈沖能量56 nJ、脈沖寬度93 fs的高功率鎖模飛秒激光輸出,如圖6所示[65-66]。圖5 各級放大系統(tǒng)的輸出光譜
【參考文獻】：
期刊論文
[1]氟化氪短脈沖激光的放大和組束研究[J]. 王釗,張驥,李靜,高智星,胡鳳明,田寶賢,班曉娜. 強激光與粒子束. 2020(01)
[2]空間偏移拉曼光譜信號探測及增強技術[J]. 劉秋實,張曉華,趙保真,李雨塵. 原子能科學技術. 2019(02)
[3]天光一號預放大器自動準直技術研究[J]. 李靜,王釗,胡鳳明,高智星,田寶賢. 原子能科學技術. 2019(06)
[4]神光Ⅲ原型裝置激光驅(qū)動高速飛片實驗研究進展[J]. 稅敏,儲根柏,席濤,趙永強,范偉,何衛(wèi)華,單連強,朱斌,辛建婷,谷渝秋. 物理學報. 2017(06)
[5]KrF激光照射約束層靶驅(qū)動產(chǎn)生高速飛片研究[J]. 殷倩,湯秀章,李業(yè)軍,王釗,田寶賢,張品亮. 航天器環(huán)境工程. 2016(03)
[6]基于LabVIEW和GPIB的數(shù)字示波器數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)設計[J]. 胡鳳明,陸澤. 計算機測量與控制. 2016(03)
[7]高壓大電流SF6激光觸發(fā)開關中透鏡的污染[J]. 陸澤,高智星,胡鳳明. 強激光與粒子束. 2016(01)
[8]激光驅(qū)動沖擊壓縮下金屬Al的高壓聲速研究[J]. 田寶賢,王釗,李業(yè)軍,梁晶,韓茂蘭,湯秀章. 原子能科學技術. 2015(02)
[9]激光均勻性對沖擊波平面性的影響[J]. 李業(yè)軍,田寶賢,王釗,梁晶,韓茂蘭,湯秀章. 原子能科學技術. 2014(S1)
[10]激光驅(qū)動氣庫材料實現(xiàn)準等熵壓縮理論模型分析[J]. 韓茂蘭,黃永盛,田寶賢,李業(yè)軍,梁晶,王釗,湯秀章. 強激光與粒子束. 2014(07)
本文編號：3110203
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