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高速高精度激光湯姆遜散射儀制成

文章來源:空天信息研究院   發布時間:2019-06-25  【字號:     】  

  近日,中國科學院空天信息研究院、中國科學技術大學等聯合研制出高速高精度激光湯姆遜散射儀。

  2019年5月,該研究團隊在“科大一環”磁約束聚變等離子體裝置開展實驗,基于重復頻率200赫茲、單脈沖能量5焦耳的激光脈沖,實現小于5電子伏特的電子溫度測量精度,電子溫度安全預警時間間隔達5毫秒,所獲得的預警時間是國際同類系統的一半,指標提高一倍。

  磁約束聚變反應裝置工作過程中,偏濾器會承受巨大能量泄放,需對等離子體電子溫度進行提前預警和實時反饋控制,實現脫靶以避免等離子體損傷器壁導致災難性后果。基于高頻高能激光的湯姆遜散射測量是精確測量等離子體電子溫度的唯一可靠測量手段,激光的工作頻率決定了溫度預警的采樣時間間隔,間隔越小系統預警越及時,裝置運行安全系數越高。受限于激光器能量和頻率水平,我國以往等離子體溫度診斷采用數十赫茲的低頻激光器,采樣間隔寬,遇到緊急情況無法及時預警,導致裝置運行存在巨大風險。雖然采用多臺低頻率激光器合束技術可滿足預警時間間隔要求,但該方法可靠性低。目前,歐洲、日本等已掌握100赫茲工作頻率高能激光技術,預警時間間隔達到10毫秒,但間隔仍較長。

  2015年起,空天信息院聯合中科院光電技術研究所、同濟大學等合作,實現了高能量高光束質量激光傳輸與放大、激光相位共軛波前畸變校正、大口徑/大尺寸激光放大模塊、大功率脈沖激光驅動電源等關鍵技術,并于2017年4月在國際上首次發布重復頻率200赫茲、脈沖能量5焦耳、脈沖寬度6.6納秒、光束質量1.7倍衍射極限的高頻高能激光指標,將我國納秒脈寬激光器的功率水平提高1個數量級。

  研究團隊還研發出基本完善的工藝流程,核心器件/部件實現國產化,形成整機工程化制造能力。近期,以200赫茲/5焦耳激光器為光源,中國科大解決了大功率激光傳輸系統綜合降噪、收集光學精準對焦、弱光信號探測提取等難題,研制出我國迄今精度最高的激光湯姆遜散射檢測系統,為我國未來磁約束聚變能裝置的高精度測量提供了基礎。

  該研究得到了國家重大科研裝備研制項目“高功率納秒激光器及精密探測儀器研制”的支持。研究團隊后續將開展更高功率、更高頻率激光器研發和更高精度的診斷實驗。

中國科大磁約束聚變等離子體裝置“科大一環”

激光系統

信號光收集系統




(責任編輯:程博)

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