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(yīng)變率，為在實驗室開展材料極端條件下（超高壓力、高應(yīng)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(jié)構(gòu)的理想平臺。
　　本論文工作是結(jié)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(shè)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(shù)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(shè)計和研制了一種新穎的偏振旋光探針光

3、光學(xué)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(shè)計研制了顯微放大和像傳遞相結(jié)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(shè)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(zhuǎn)像系統(tǒng)，解決了像傳遞過程中的旋轉(zhuǎn)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(yīng)用和探索研究。其中應(yīng)用研究包括沖擊波多波追趕實驗、沖擊波波前預(yù)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(shè)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(jié)果為進一步深入研究奠定了重要基礎(chǔ);沖擊波波前預(yù)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(yù)熱情況進行了系統(tǒng)、細致的研究，通過分析初步確定了預(yù)熱的主要來源及其能量范圍，這些研究結(jié)果對激光直接驅(qū)動阻抗匹配靶參數(shù)設(shè)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(jié)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(chǔ)。
　　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(yīng)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(yīng)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(xué)家更好的了解極端條件下固體材料的物理性質(zhì)，是科學(xué)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(jié)構(gòu)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