中国原子能科学研究院激光技术发展及其在核科学中的应用
发布时间：2021-03-30 21:42
激光是受激辐射放大光,其方向性好、单色性好、相干性高,且能量在空间高度集中。随着激光技术的快速发展,激光器成为继加速器和反应堆之后研究核科学的一种新手段。本文回顾了中国原子能科学研究院激光技术及其应用研究的发展历程,总结了准分子激光技术、冲击波物理、超快超强激光技术、强场激光、激光核物理和光谱技术的发展现状和最新进展,并展望了"超级天光"综合激光装置、基于大型激光装置的物理工作和中小型特色激光器在核科学技术中的应用前景。
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(S1)北大核心EICSCD
【文章页数】：18 页
【部分图文】：
“天光一号”装置光源光斑光强分布(a)、
高压状态方程是评价极端条件下材料性能的重要参数之一,通过测量靶样品内部的冲击波速度、粒子速度,结合冲击波雨贡纽方程可获得靶材的压力、密度、温度等物性参数。为满足惯性约束聚变、地球物理等方面的需求,国内外在液氘、碳氢材料、铁、硅酸盐等材料状态方程测量方面做了大量工作[53-56]。基于“天光一号”装置,通过辐照平面型、台阶型等不同结构参数的铝、铁样品材料,研究测量了其100 GPa压力下的状态方程数据(冲击波速度与粒子速度的关系),如图2所示,铝材料内驱动产生的冲击波速度达9 km/s,粒子速度达3.9 km/s,对应的压力可达95 GPa,密度被压缩至4.8 g/cm3;铁作为地核内部主要成分,密度相对较高,高压特性更复杂,“天光一号”驱动可在铁内产生36 GPa的压力,冲击波速度达5.2 km/s,并被压缩到9.4 g/cm3。2) 高速飞片发射
在超快超强激光领域,除目前基于Ti:Sapphire的激光器外,半导体激光器的发展也对超快脉冲激光的进步起巨大的推动作用,特别是基于Yb掺杂晶体的超快脉冲激光器逐渐向全固化、高重复频率、高功率、小型化方向发展。未来的第3代超快超强激光器[64]的主要方向是基于Yb超快超强激光器作为泵浦源,通过OPCPA产生高重复频率的超快超强激光。在众多掺Yb3+晶体中,Yb:KGW和Yb:CGA具有优异的光学、热力学等综合性能,是目前发展较成熟的两种激光增益介质,为实现高功率的超快脉冲激光提供了强有力的支持。基于Yb:KGW晶体,在22 W的泵浦光功率条件下,获得的锁模激光最高平均功率为4.05 W,转换效率为18.4%,单脉冲能量为53 nJ,峰值功率高达0.72 MW,此时对应的激光脉冲宽度为73 fs,中心波长为1 045 nm,重复频率为75.5 MHz。在高功率运转条件下,光束质量因子M2均小于1.2,功率抖动RMS小于1%。同时开展了高功率被动锁模Yb:CGA飞秒振荡器的研究,获得了平均功率4.5 W、单脉冲能量56 nJ、脉冲宽度93 fs的高功率锁模飞秒激光输出,如图6所示[65-66]。图5 各级放大系统的输出光谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]氟化氪短脉冲激光的放大和组束研究[J]. 王钊,张骥,李静,高智星,胡凤明,田宝贤,班晓娜. 强激光与粒子束. 2020(01)
[2]空间偏移拉曼光谱信号探测及增强技术[J]. 刘秋实,张晓华,赵保真,李雨尘. 原子能科学技术. 2019(02)
[3]天光一号预放大器自动准直技术研究[J]. 李静,王钊,胡凤明,高智星,田宝贤. 原子能科学技术. 2019(06)
[4]神光Ⅲ原型装置激光驱动高速飞片实验研究进展[J]. 税敏,储根柏,席涛,赵永强,范伟,何卫华,单连强,朱斌,辛建婷,谷渝秋. 物理学报. 2017(06)
[5]KrF激光照射约束层靶驱动产生高速飞片研究[J]. 殷倩,汤秀章,李业军,王钊,田宝贤,张品亮. 航天器环境工程. 2016(03)
[6]基于LabVIEW和GPIB的数字示波器数据自动采集系统设计[J]. 胡凤明,陆泽. 计算机测量与控制. 2016(03)
[7]高压大电流SF6激光触发开关中透镜的污染[J]. 陆泽,高智星,胡凤明. 强激光与粒子束. 2016(01)
[8]激光驱动冲击压缩下金属Al的高压声速研究[J]. 田宝贤,王钊,李业军,梁晶,韩茂兰,汤秀章. 原子能科学技术. 2015(02)
[9]激光均匀性对冲击波平面性的影响[J]. 李业军,田宝贤,王钊,梁晶,韩茂兰,汤秀章. 原子能科学技术. 2014(S1)
[10]激光驱动气库材料实现准等熵压缩理论模型分析[J]. 韩茂兰,黄永盛,田宝贤,李业军,梁晶,王钊,汤秀章. 强激光与粒子束. 2014(07)
本文编号：3110203
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(S1)北大核心EICSCD
【文章页数】：18 页
【部分图文】：
“天光一号”装置光源光斑光强分布(a)、
高压状态方程是评价极端条件下材料性能的重要参数之一,通过测量靶样品内部的冲击波速度、粒子速度,结合冲击波雨贡纽方程可获得靶材的压力、密度、温度等物性参数。为满足惯性约束聚变、地球物理等方面的需求,国内外在液氘、碳氢材料、铁、硅酸盐等材料状态方程测量方面做了大量工作[53-56]。基于“天光一号”装置,通过辐照平面型、台阶型等不同结构参数的铝、铁样品材料,研究测量了其100 GPa压力下的状态方程数据(冲击波速度与粒子速度的关系),如图2所示,铝材料内驱动产生的冲击波速度达9 km/s,粒子速度达3.9 km/s,对应的压力可达95 GPa,密度被压缩至4.8 g/cm3;铁作为地核内部主要成分,密度相对较高,高压特性更复杂,“天光一号”驱动可在铁内产生36 GPa的压力,冲击波速度达5.2 km/s,并被压缩到9.4 g/cm3。2) 高速飞片发射
在超快超强激光领域,除目前基于Ti:Sapphire的激光器外,半导体激光器的发展也对超快脉冲激光的进步起巨大的推动作用,特别是基于Yb掺杂晶体的超快脉冲激光器逐渐向全固化、高重复频率、高功率、小型化方向发展。未来的第3代超快超强激光器[64]的主要方向是基于Yb超快超强激光器作为泵浦源,通过OPCPA产生高重复频率的超快超强激光。在众多掺Yb3+晶体中,Yb:KGW和Yb:CGA具有优异的光学、热力学等综合性能,是目前发展较成熟的两种激光增益介质,为实现高功率的超快脉冲激光提供了强有力的支持。基于Yb:KGW晶体,在22 W的泵浦光功率条件下,获得的锁模激光最高平均功率为4.05 W,转换效率为18.4%,单脉冲能量为53 nJ,峰值功率高达0.72 MW,此时对应的激光脉冲宽度为73 fs,中心波长为1 045 nm,重复频率为75.5 MHz。在高功率运转条件下,光束质量因子M2均小于1.2,功率抖动RMS小于1%。同时开展了高功率被动锁模Yb:CGA飞秒振荡器的研究,获得了平均功率4.5 W、单脉冲能量56 nJ、脉冲宽度93 fs的高功率锁模飞秒激光输出,如图6所示[65-66]。图5 各级放大系统的输出光谱
【参考文献】：
期刊论文
[1]氟化氪短脉冲激光的放大和组束研究[J]. 王钊,张骥,李静,高智星,胡凤明,田宝贤,班晓娜. 强激光与粒子束. 2020(01)
[2]空间偏移拉曼光谱信号探测及增强技术[J]. 刘秋实,张晓华,赵保真,李雨尘. 原子能科学技术. 2019(02)
[3]天光一号预放大器自动准直技术研究[J]. 李静,王钊,胡凤明,高智星,田宝贤. 原子能科学技术. 2019(06)
[4]神光Ⅲ原型装置激光驱动高速飞片实验研究进展[J]. 税敏,储根柏,席涛,赵永强,范伟,何卫华,单连强,朱斌,辛建婷,谷渝秋. 物理学报. 2017(06)
[5]KrF激光照射约束层靶驱动产生高速飞片研究[J]. 殷倩,汤秀章,李业军,王钊,田宝贤,张品亮. 航天器环境工程. 2016(03)
[6]基于LabVIEW和GPIB的数字示波器数据自动采集系统设计[J]. 胡凤明,陆泽. 计算机测量与控制. 2016(03)
[7]高压大电流SF6激光触发开关中透镜的污染[J]. 陆泽,高智星,胡凤明. 强激光与粒子束. 2016(01)
[8]激光驱动冲击压缩下金属Al的高压声速研究[J]. 田宝贤,王钊,李业军,梁晶,韩茂兰,汤秀章. 原子能科学技术. 2015(02)
[9]激光均匀性对冲击波平面性的影响[J]. 李业军,田宝贤,王钊,梁晶,韩茂兰,汤秀章. 原子能科学技术. 2014(S1)
[10]激光驱动气库材料实现准等熵压缩理论模型分析[J]. 韩茂兰,黄永盛,田宝贤,李业军,梁晶,王钊,汤秀章. 强激光与粒子束. 2014(07)
本文编号：3110203
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