【摘要】：清潔的受控核聚變能源是人類孜孜以求的理想能源,激光慣性約束聚變則是當(dāng)前已知實現(xiàn)這一目標(biāo)的最有效途徑之一,因此世界各國紛紛投入巨資競相開展該領(lǐng)域的研究。以美國的NIF、法國的LMJ以及中國的神光系列裝置為代表的激光聚變研究則是當(dāng)今世界該領(lǐng)域研究的最前沿。實現(xiàn)激光驅(qū)動聚變點火,為形成對稱分布的X射線以壓縮燃料靶球?qū)崿F(xiàn)均勻內(nèi)爆,需要將數(shù)百束高能激光聚焦后按照一定空間分布精確投射進黑腔以確保靶丸壓縮的對稱性,這一過程即通常所說的“激光打靶”。因此如何實現(xiàn)甚多束激光與燃料靶丸的高精度瞄準(zhǔn)定位則成為打靶成敗的關(guān)鍵一環(huán),為實現(xiàn)優(yōu)于1%的驅(qū)動不均勻性,通常束靶耦合瞄準(zhǔn)定位精度要求優(yōu)于1角秒。論文采用理論分析、數(shù)值模擬和實驗驗證的方法對聚變級激光裝置驅(qū)動器束靶耦合瞄準(zhǔn)定位方法、甚多束激光并行引導(dǎo)策略、激光長程傳輸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等影響驅(qū)動器打靶精度的基本問題進行了系統(tǒng)研究,基于神光III激光裝置束靶耦合靶瞄準(zhǔn)定位系統(tǒng)開展了實驗研究,成功實現(xiàn)了48束激光驅(qū)動打靶優(yōu)于1角秒的精度。本文提出了離線靶特征測量在線匹配定位的靶定位方法,采用改進的SIFT算法和Halcon等圖像處理技術(shù),離線建立靶圖像庫,采集靶標(biāo)準(zhǔn)位置圖像和基準(zhǔn)特征,在線復(fù)位時,通過圖像特征點匹配,識別出靶的空間位姿,并與靶調(diào)整裝置構(gòu)成調(diào)整閉環(huán),實現(xiàn)了超復(fù)雜靶型的智能化高精度識別與快速定位。提出了基于時空編碼的并行光束引導(dǎo)方法,不僅解決了甚多數(shù)激光引導(dǎo)聚心過程中光點重疊帶來的識別問題,而且實現(xiàn)了甚多數(shù)激光快速準(zhǔn)直引導(dǎo),極大限度降低了光路穩(wěn)定性所引發(fā)的激光指向漂移。確保了48束高能激光與靶的快速精準(zhǔn)耦合準(zhǔn)直。在長達數(shù)百米的激光傳輸鏈路上,為了保證數(shù)百束高能激光束靶耦合準(zhǔn)直過程中的指向穩(wěn)定性,從打靶精度指標(biāo)分解出發(fā),建立了環(huán)境振動、溫度激勵源對光路指向穩(wěn)定性的響應(yīng)機理模型,提出了以環(huán)境載荷特征參數(shù)作為驅(qū)動器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計與控制的表征方法。理論和實驗研究表明,當(dāng)環(huán)境振動PSD譜10-10g2/Hz、光學(xué)支撐系統(tǒng)基振頻率大于10Hz、一個打靶周期內(nèi)溫度載荷的變化應(yīng)小于3℃,能夠滿足打靶精度對傳輸光路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求(0.9?rad/5h),該研究結(jié)果已成功應(yīng)用神光III激光裝置。
【圖文】：

圖 1-1 激光慣性約束聚變示意圖[28-30]Fig.1-1 Schematic of Laser ICF在激光慣性約束聚變中，影響聚變點火成敗的因素很多，其中核心的一激光輻照 內(nèi)爆壓縮 聚變點火聚變?nèi)紵?

圖 1-3 LMJ 光路結(jié)構(gòu)Fig.1-3 LMJ optical structure我國 SG-III 激光裝置[61-62]，，其規(guī)模由 48 束高能激光束線構(gòu)成，總體構(gòu)如圖 1-4 所示，由前端、預(yù)放、主放大級、靶場、光束控制與測量等成[64-67]。具備 180 kJ/60 TW/1ω/3 ns 輸出和常規(guī)運行打靶能力，是現(xiàn)役
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL632.1

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