強激光加載下準等熵壓縮及材料強度特性研究和高時空分辨VISAR研制.pdf

1、高功率激光加載可以在材料中實現(xiàn)高壓、高應變率，為在實驗室開展材料極端條件下（超高壓力、高應變率）物質(zhì)特性研究創(chuàng)造了條件。激光加載方式非常靈活，不僅可以通過沖擊加載實現(xiàn)1TPa以上的強沖擊，也可以通過控制加載過程，在材料中實現(xiàn)準等熵加載。因此高功率激光是目前獲取1TPa以上材料高壓狀態(tài)方程數(shù)據(jù)及實驗室條件下研究天體內(nèi)部材料結構的理想平臺。
　　本論文工作是結合現(xiàn)有的神光-Ⅱ高功率激光裝置展開的，論文主要包括兩部分主要內(nèi)容:第一部分工

2、作是研制了一臺適合高功率激光打靶物理實驗診斷的VISAR系統(tǒng);第二部分工作是利用VISAR作為主要診斷設備開展物理實驗研究。
　　針對高功率激光實驗平臺靶物理診斷的特點，研制了一臺高時、空分辨的成像型任意反射面速度干涉儀(VISAR)。VISAR系統(tǒng)的時間分辨20皮秒、空間分辨7微米、靶面視場1毫米、測速精度2％，各項技術指標達到了國際先進水平。在系統(tǒng)研制過程中做了以下具有創(chuàng)新性的工作:1.自主設計和研制了一種新穎的偏振旋光探針光

3、光學傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)解決了非靶面反射光對信號的干擾，顯著提高探針激光能量利用效率（與傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)相比探針光的能量利用率提高了3倍）。與此同時，還實現(xiàn)了探針激光能量的連續(xù)可調(diào)，從而可以滿足不同實驗研究對探針光能量的需求;2.完成探針光源的空間束勻滑，從而實現(xiàn)了待測對象物面的均勻照明，大大提高了干涉圖像的對比度和整體信號質(zhì)量;3.設計研制了顯微放大和像傳遞相結合的成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)很好地保證了在長程傳輸和視場設計范圍內(nèi)具有空間分辨率高(空間分

4、辨7μm)、調(diào)節(jié)靈活等特點。同時在該系統(tǒng)中特置的Dove棱鏡轉像系統(tǒng)，解決了像傳遞過程中的旋轉問題，從而可以方便的實現(xiàn)像與記錄系統(tǒng)的精密耦合;4.開發(fā)了針對VISAR干涉圖像的數(shù)據(jù)處理軟件，可以實現(xiàn)實驗圖像和數(shù)據(jù)的實時在線處理。并對VISAR系統(tǒng)進行了升級和完善，實現(xiàn)了在一發(fā)次實驗中多個物理量的同時測量。
　　利用VISAR作為主要診斷系統(tǒng)開展了一系列應用和探索研究。其中應用研究包括沖擊波多波追趕實驗、沖擊波波前預熱研究、透明材料

5、沖擊絕熱線測量等。沖擊波多波追趕實驗是ICF脈沖波形設計中非常重要的研究內(nèi)容，本文開展了聚苯乙烯、石英材料中沖擊波多波追趕實驗，在透明材料中觀測到?jīng)_擊波傳播、追趕等現(xiàn)象，這些結果為進一步深入研究奠定了重要基礎;沖擊波波前預熱問題是激光驅(qū)動沖擊絕熱線測量中重要的研究內(nèi)容。本文對激光直接驅(qū)動條件下沖擊波波前預熱情況進行了系統(tǒng)、細致的研究，通過分析初步確定了預熱的主要來源及其能量范圍，這些研究結果對激光直接驅(qū)動阻抗匹配靶參數(shù)設計具有非常重要的

6、參考價值;利用VISAR可測透明材料中沖擊波波陣面軌跡的特點，開展聚苯乙烯材料沖擊絕熱線測量探索實驗。這種新型的阻抗匹配實驗測量測量方法，極大限度降低了阻抗匹配實驗中對沖擊波平面性、穩(wěn)定性的要求，可以提高實驗測量的穩(wěn)定性和準確性。這些研究結果為ICF研究中燒蝕材料（聚苯乙烯或參溴聚苯乙烯）高精度狀態(tài)方程實驗測量奠定了基礎。
　　利用高功率激光作為驅(qū)動源開展了一些前沿的、非常具有應用前景的探索實驗。包括激光驅(qū)動準等熵壓縮實驗和高應變

7、率下材料的層裂實驗。其中激光驅(qū)動準等熵壓縮可以幫助科學家更好的了解極端條件下固體材料的物理性質(zhì)，是科學家研究太陽系外行星、太陽系中其他類似地球但比地球大的行星內(nèi)部結構的唯一方法。本文對激光驅(qū)動準等熵壓縮開展了探索實驗，其中整形脈沖激光直接驅(qū)動準等熵壓縮實驗在國內(nèi)還未見報道，本文對不同脈沖寬度整形脈沖激光直接驅(qū)動準等熵壓縮特性進行了較為細致的研究，建立了激光驅(qū)動準等熵壓縮實驗的診斷能力和實驗數(shù)據(jù)處理能力，獲得了鋁材料50GPa以內(nèi)的準等熵