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揭秘英国神秘的原子武器研究装置:Orion激光设施

2013-10-11 11:09
Timeless落尘
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  ——为了研究高能量密度物理学,英国原子武器研究机构(AWE)于2012年初开始运营Orion激光设施。它由10条纳秒光束线路和2条亚皮秒光束线路组成。纳秒光束线路的每条光束在351nm波长下,在100ps~5ns之间用户自定义的脉冲形状下,每1ns可输出500J能量。短脉冲光束线路的每条光束在500fs内可输出500J的能量到靶面上,每条光束强度大于10^21W/cm2。

  经验证,所有的光束线路都可以按所上述方式传输脉冲到靶面上,下文将概括性地介绍该设施的设计,以及该设施运行第一年来进行实验活动的操作性能。

  该设施在子孔径处有倍频一条短脉冲光束的能力,从而可提供高达100J能量的高对比度的短脉冲打靶光束。倍频在压缩后产生,并且采用了一块3mm厚、300mm口径的磷酸二氢钾(KDP)晶体作倍频器。

  2012年期间,激光的性能要求已经得到验证,关键诊断设备和靶的诊断设备已经委托制作。此外,还有一个关于提高短脉冲(基波)的对比度和长脉冲操作效率的发展计划正在实施。

  预计从2013年3月开始,除了与AWE科学家的合作实验外,该设施15%的运行时间将对外部学术用户进行开放。

  1. 简 介

  英国原子武器研究机构的Orion激光设施于2011年竣工。该设施用于高能量密度等离子体物理学实验,由十条“长脉冲”光束和两条“短脉冲”光束组成。

  图1为该设施的布局,长脉冲光束由两个光束堆组成,每个光束堆包括五条光束线路,由一个前置放大模块(PAM)提供种子源。PAM的种子由光脉冲发生器1(OPG1)产生并通过光纤提供。长脉冲光束结构包括一个角复用四程系统,光束的分离和重定向发生在长的空间滤波器的针孔平面附近。每条光束线路都用了4块200mm口径的圆盘状放大器(磷酸盐钕玻璃),都在靶室进行三倍频,都有一套基波和三次谐波的诊断设备。

  短脉冲光束由光脉冲发生器2(OPG2)提供种子源。锁模掺钛蓝宝石激光器发出的光束被分成两束,经各自独立的Offnet三部件系统进行脉冲展宽后注入光学参量放大器中,通过三级放大器实现放大,由一台商品Nd:YAG激光器的倍频输出提供泵浦。

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