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, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250342
摘要:
针对全固态 Marx 脉冲发生器电路中隔离驱动部分体积较大、成本高及集成性差等问题，提出了一种基于PCB无磁芯变压器的同步隔离驱动方案，并研制样机验证了驱动可行性。首先对无磁芯变压器进行建模，并借助Q3D电磁仿真软件提取关键电磁参数，结合实测数据进行对比，验证了模型准确性。通过对电路运行过程的理论分析与 LTspice 仿真，阐明了该方案在驱动时序和工作机理方面与传统磁芯变压器驱动存在的显著差异。最后搭建实验平台对所提出的驱动系统进行测试，结果表明该方案具备宽动态范围驱动能力、优异的电气隔离性能和良好的 PCB 工艺兼容性，验证了其可行性与工程应用潜力。
针对全固态 Marx 脉冲发生器电路中隔离驱动部分体积较大、成本高及集成性差等问题，提出了一种基于PCB无磁芯变压器的同步隔离驱动方案，并研制样机验证了驱动可行性。首先对无磁芯变压器进行建模，并借助Q3D电磁仿真软件提取关键电磁参数，结合实测数据进行对比，验证了模型准确性。通过对电路运行过程的理论分析与 LTspice 仿真，阐明了该方案在驱动时序和工作机理方面与传统磁芯变压器驱动存在的显著差异。最后搭建实验平台对所提出的驱动系统进行测试，结果表明该方案具备宽动态范围驱动能力、优异的电气隔离性能和良好的 PCB 工艺兼容性，验证了其可行性与工程应用潜力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250453
摘要:
全固态直线变压器驱动源（Solid-state Linear Transformer Driver, SSLTD）因其模块化、固态化、高可靠性和高重频的优势，已成为脉冲功率技术的重要发展方向。本文提出并研制了一种基于层叠 Blumlein 脉冲产生模块（Stacked Blumlein Pulse Generation Module, SBPGM）的紧凑型全固态直线变压器驱动源，并对其进行了实验验证。每个SBPGM 集成了由高压陶瓷电容与 PCB 分布电感构成的混合型脉冲成形网络、串并联 IGBT 开关阵列及隔离驱动电路。所提出的共地双极性充电SBPGM拓扑消除了单个模块内高压隔离的需求，并实现了驱动绝缘电压的均衡，从而显著提升了系统的紧凑性与可靠性。通过对单个SBPGM的电路仿真研究，验证了其在±5.5 kV充电电压下，输出10.8 kV的倍压输出特性以及理想的高压隔离特性。基于该模块构建的30级SSLTD样机在单级充电电压为 ±5 kV、90 Ω水电阻负载的条件下，获得了总输出电压 279 kV的准方波脉冲，且输出电流峰值为3.1 kA，脉宽(FWHM)为 77ns，上升沿(10%～90%)为 22.4 ns，重频50 Hz，对应峰值功率达0.9 GW。
全固态直线变压器驱动源（Solid-state Linear Transformer Driver, SSLTD）因其模块化、固态化、高可靠性和高重频的优势，已成为脉冲功率技术的重要发展方向。本文提出并研制了一种基于层叠 Blumlein 脉冲产生模块（Stacked Blumlein Pulse Generation Module, SBPGM）的紧凑型全固态直线变压器驱动源，并对其进行了实验验证。每个SBPGM 集成了由高压陶瓷电容与 PCB 分布电感构成的混合型脉冲成形网络、串并联 IGBT 开关阵列及隔离驱动电路。所提出的共地双极性充电SBPGM拓扑消除了单个模块内高压隔离的需求，并实现了驱动绝缘电压的均衡，从而显著提升了系统的紧凑性与可靠性。通过对单个SBPGM的电路仿真研究，验证了其在±5.5 kV充电电压下，输出10.8 kV的倍压输出特性以及理想的高压隔离特性。基于该模块构建的30级SSLTD样机在单级充电电压为 ±5 kV、90 Ω水电阻负载的条件下，获得了总输出电压 279 kV的准方波脉冲，且输出电流峰值为3.1 kA，脉宽(FWHM)为 77ns，上升沿(10%～90%)为 22.4 ns，重频50 Hz，对应峰值功率达0.9 GW。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250395
摘要:
Al2O3陶瓷在电真空器件中常被用来作为绝缘部件，但在高电压加载下，其表面由于电荷积累容易产生沿面闪络现象，严重降低了整个器件的绝缘性能，影响器件的正常运行，因此，提升Al2O3陶瓷的真空绝缘性能具有十分重要的意义。本研究在Al2O3陶瓷表面制备了Cr2O3基涂层，并系统性地研究了涂层中的玻璃相对涂层陶瓷相结构、表面形貌、二次电子发射系数、表面电阻率和真空绝缘性能的影响。结果表明：陶瓷基体中的Al元素在高温下会向涂层中进行迁移。随着玻璃相含量的提高，涂层中的Cr2O3相含量逐渐降低直至完全消失，使其全部与陶瓷基体反应形成Al2-xCrxO3 (0＜x＜2)、Mg(Al2-yCry)O4 (0＜y＜2)及少量的ZnAl2O4和(Na,Ca)Al(Si,Al)3O8。涂层可以提高陶瓷表面晶粒均匀性和致密度，但玻璃相含量的变化对其微观形貌影响较小。Cr2O3涂层可以降低Al2O3陶瓷的二次电子发射系数和表面电阻率，这使得所有配方涂层陶瓷的真空绝缘性能均优于Al2O3陶瓷。随着涂层中玻璃相含量的增大，涂层陶瓷的二次电子发射系数和表面电阻率也逐渐增大。当玻璃相质量分数为20%时，涂层陶瓷绝缘性能最佳，其真空沿面耐压强度达到119.63 kV/cm。
Al2O3陶瓷在电真空器件中常被用来作为绝缘部件，但在高电压加载下，其表面由于电荷积累容易产生沿面闪络现象，严重降低了整个器件的绝缘性能，影响器件的正常运行，因此，提升Al2O3陶瓷的真空绝缘性能具有十分重要的意义。本研究在Al2O3陶瓷表面制备了Cr2O3基涂层，并系统性地研究了涂层中的玻璃相对涂层陶瓷相结构、表面形貌、二次电子发射系数、表面电阻率和真空绝缘性能的影响。结果表明：陶瓷基体中的Al元素在高温下会向涂层中进行迁移。随着玻璃相含量的提高，涂层中的Cr2O3相含量逐渐降低直至完全消失，使其全部与陶瓷基体反应形成Al2-xCrxO3 (0＜x＜2)、Mg(Al2-yCry)O4 (0＜y＜2)及少量的ZnAl2O4和(Na,Ca)Al(Si,Al)3O8。涂层可以提高陶瓷表面晶粒均匀性和致密度，但玻璃相含量的变化对其微观形貌影响较小。Cr2O3涂层可以降低Al2O3陶瓷的二次电子发射系数和表面电阻率，这使得所有配方涂层陶瓷的真空绝缘性能均优于Al2O3陶瓷。随着涂层中玻璃相含量的增大，涂层陶瓷的二次电子发射系数和表面电阻率也逐渐增大。当玻璃相质量分数为20%时，涂层陶瓷绝缘性能最佳，其真空沿面耐压强度达到119.63 kV/cm。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250444
摘要:
随着高功率脉冲技术向实际应用的快速发展，对高压气体开关自击穿稳定性提出更高要求。提出了一种辅助环形刀刃调控初始电子、环形半球导通主电流的预电离阴极开关思路。设计出一种300 kV级预电离环形阴极气体开关，当开关间距为35 mm时，预电离开关刀刃处场增强因子设计为6.2，与半球处场增强因子之比为3.2。开展了数十微秒脉冲作用下开关击穿特性实验研究，结果显示，当氮气压力为0.5 MPa、重复频率为1 Hz时，预电离气体开关平均击穿电压为322.5 kV，幅值抖动为0.44%；相比纯环形半球开关，预电离气体开关击穿电压下降17.6%，幅值抖动下降82%。实验研究表明该预电离气体开关在高电压低抖动方面优势明显。
随着高功率脉冲技术向实际应用的快速发展，对高压气体开关自击穿稳定性提出更高要求。提出了一种辅助环形刀刃调控初始电子、环形半球导通主电流的预电离阴极开关思路。设计出一种300 kV级预电离环形阴极气体开关，当开关间距为35 mm时，预电离开关刀刃处场增强因子设计为6.2，与半球处场增强因子之比为3.2。开展了数十微秒脉冲作用下开关击穿特性实验研究，结果显示，当氮气压力为0.5 MPa、重复频率为1 Hz时，预电离气体开关平均击穿电压为322.5 kV，幅值抖动为0.44%；相比纯环形半球开关，预电离气体开关击穿电压下降17.6%，幅值抖动下降82%。实验研究表明该预电离气体开关在高电压低抖动方面优势明显。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250079
摘要:
研制了一套同轴结构的脉冲强磁场设备用于和高功率激光装置相配合开展磁化激光等离子体实验。除磁场线圈外，整个设备全部采用同轴结构以降低电感和抑制电磁辐射，同时在整个设备外加屏蔽层来抑制电磁辐射；传输线部分使用多根长度约3 m的软同轴电缆并联的方式连接电容器和靶室上的刚性传输线。在40 kV脉冲充电电压时，使用直径12 mm的三匝磁场线圈作为负载，产生了峰值电流105 kA、上升时间1.2 μs、平顶宽度1.4 μs的放电脉冲，在线圈中心产生了22 T的强磁场。与课题组之前的脉冲强磁场设备相比，此设备除了可以产生更大的电流和更强的磁场外，自由空间电磁辐射和真空靶室上的电位抖动明显降低。软同轴电缆并联的传输线设计可以适应各种靶场环境、增加了使用灵活性。
研制了一套同轴结构的脉冲强磁场设备用于和高功率激光装置相配合开展磁化激光等离子体实验。除磁场线圈外，整个设备全部采用同轴结构以降低电感和抑制电磁辐射，同时在整个设备外加屏蔽层来抑制电磁辐射；传输线部分使用多根长度约3 m的软同轴电缆并联的方式连接电容器和靶室上的刚性传输线。在40 kV脉冲充电电压时，使用直径12 mm的三匝磁场线圈作为负载，产生了峰值电流105 kA、上升时间1.2 μs、平顶宽度1.4 μs的放电脉冲，在线圈中心产生了22 T的强磁场。与课题组之前的脉冲强磁场设备相比，此设备除了可以产生更大的电流和更强的磁场外，自由空间电磁辐射和真空靶室上的电位抖动明显降低。软同轴电缆并联的传输线设计可以适应各种靶场环境、增加了使用灵活性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250337
摘要:
多级同步感应线圈炮的电枢出口速度受线圈-电枢发射系统的结构参数、材料参数及线圈激励电路参数等多种因素的综合影响。由于电枢出口速度直接取决于其受到的轴向电磁力，而电磁力与线圈电流和电枢感应涡流等因素正相关，因此增大电枢出口速度的本质是增大电枢所受电磁力或电枢感应涡流。为探究线圈发射中影响出口速度的因素，基于等效电路模型探讨了提高出口速度的理论路径；并以5级线圈驱动32 kg电枢为研究对象，利用有限元软件Ansys Maxwell仿真分析了影响出口速度的因素。主要结论如下：等效电路分析表明，减小回路总电感可提高出口速度；在实际发射系统中，减小单级线圈匝数、降低矩形导线截面形状因子（径向宽/轴向宽）、增大电枢厚度与长度、减小线路电感，均可提高电枢出口速度；其中，线圈匝数由48匝降至24匝时，出口速度提升5.2%；电枢长度由110 mm增大至440 mm时，出口速度提升15.3%。最终仿真实现5级线圈驱动32 kg电枢的出口速度达202.1 m/s，发射效率为33.3%。本文研究结果为设计多级同步感应型线圈发射实验方案提供了一定的理论支撑。
多级同步感应线圈炮的电枢出口速度受线圈-电枢发射系统的结构参数、材料参数及线圈激励电路参数等多种因素的综合影响。由于电枢出口速度直接取决于其受到的轴向电磁力，而电磁力与线圈电流和电枢感应涡流等因素正相关，因此增大电枢出口速度的本质是增大电枢所受电磁力或电枢感应涡流。为探究线圈发射中影响出口速度的因素，基于等效电路模型探讨了提高出口速度的理论路径；并以5级线圈驱动32 kg电枢为研究对象，利用有限元软件Ansys Maxwell仿真分析了影响出口速度的因素。主要结论如下：等效电路分析表明，减小回路总电感可提高出口速度；在实际发射系统中，减小单级线圈匝数、降低矩形导线截面形状因子（径向宽/轴向宽）、增大电枢厚度与长度、减小线路电感，均可提高电枢出口速度；其中，线圈匝数由48匝降至24匝时，出口速度提升5.2%；电枢长度由110 mm增大至440 mm时，出口速度提升15.3%。最终仿真实现5级线圈驱动32 kg电枢的出口速度达202.1 m/s，发射效率为33.3%。本文研究结果为设计多级同步感应型线圈发射实验方案提供了一定的理论支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250301
摘要:
提出一种基于表面等离子体共振（SPR）效应的锚形双通道光子晶体光纤（PCF）传感器，用于实现温度与折射率（RI）的超宽范围同步检测。该传感器具有非对称锚型横截面结构，纤芯表面沿正交方向抛光为半圆形，并选择性镀覆金属金（Au）和聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane PDMS）薄膜，实现了极化分辨的SPR激发机制。该设计可分别激励高阶x极化与y极化模式，形成两个独立通道，实现多参数同时检测。其中，x极化通道通过Au/PDMS复合膜同时响应RI与温度变化，y极化通道则依靠Au膜单独实现RI检测。基于COMSOL Multiphysics软件对结构参数进行了全面优化，确保两个通道均具备强耦合强度、良好模式约束及高效高阶模激励能力。仿真结果表明，所设计的传感器在宽折射率检测范围1.21～1.44内表现出14 500 nm的最大折射率灵敏度，在宽温度变化范围−100 ℃至100 ℃内实现了最高4 nm/℃的温度灵敏度。该传感器结构新颖、灵敏度高、选择性强，具备在复杂生物和化学环境中开展癌细胞实时检测、生化分析及多参数同步监测等实际应用的广阔前景。
提出一种基于表面等离子体共振（SPR）效应的锚形双通道光子晶体光纤（PCF）传感器，用于实现温度与折射率（RI）的超宽范围同步检测。该传感器具有非对称锚型横截面结构，纤芯表面沿正交方向抛光为半圆形，并选择性镀覆金属金（Au）和聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane PDMS）薄膜，实现了极化分辨的SPR激发机制。该设计可分别激励高阶x极化与y极化模式，形成两个独立通道，实现多参数同时检测。其中，x极化通道通过Au/PDMS复合膜同时响应RI与温度变化，y极化通道则依靠Au膜单独实现RI检测。基于COMSOL Multiphysics软件对结构参数进行了全面优化，确保两个通道均具备强耦合强度、良好模式约束及高效高阶模激励能力。仿真结果表明，所设计的传感器在宽折射率检测范围1.21～1.44内表现出14 500 nm的最大折射率灵敏度，在宽温度变化范围−100 ℃至100 ℃内实现了最高4 nm/℃的温度灵敏度。该传感器结构新颖、灵敏度高、选择性强，具备在复杂生物和化学环境中开展癌细胞实时检测、生化分析及多参数同步监测等实际应用的广阔前景。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250303
摘要:
基于针孔成像原理的针孔相机结构简单、使用方便，在高能量密度物理实验中常用于监测激光与靶相互作用区域的形状与大小。为适应星光-Ⅲ激光装置的靶室结构与打靶方式，本研究研制了一种用于该装置的X射线在线瞄准针孔相机，以解决传统针孔相机无法在线瞄准导致的信号采集失败问题。相机采用可见光CCD与X光CCD一体化设计，通过优化调节结构，实现了俯仰与侧摆方向的高精度在线指向调节，调节精度达15 μm。利用可见光CCD实时采集靶面图像，并结合精密调节盘上的不同孔径瞄准孔，实现了X光针孔相机的高精度在线瞄准。在星光-Ⅲ激光装置上对该相机进行了激光打靶考核，实验结果表明，其性能满足该装置的使用要求。
基于针孔成像原理的针孔相机结构简单、使用方便，在高能量密度物理实验中常用于监测激光与靶相互作用区域的形状与大小。为适应星光-Ⅲ激光装置的靶室结构与打靶方式，本研究研制了一种用于该装置的X射线在线瞄准针孔相机，以解决传统针孔相机无法在线瞄准导致的信号采集失败问题。相机采用可见光CCD与X光CCD一体化设计，通过优化调节结构，实现了俯仰与侧摆方向的高精度在线指向调节，调节精度达15 μm。利用可见光CCD实时采集靶面图像，并结合精密调节盘上的不同孔径瞄准孔，实现了X光针孔相机的高精度在线瞄准。在星光-Ⅲ激光装置上对该相机进行了激光打靶考核，实验结果表明，其性能满足该装置的使用要求。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250468
摘要:
超短超强中红外激光脉冲在强场物理、超快化学、环境监测、生物医疗等领域有独特应用价值，尤其在强场物理研究领域中，超短超强中红外光为开拓超强激光与物质相互作用的新物理提供了不同于以往近红外波段的波长新尺度。然而受限于传统激光晶体及非线性晶体损伤阈值，长期以来产生大能量近单周期中红外光源始终是超快激光技术领域的重要挑战。近年来，利用等离子体作为非线性光学介质，基于激光尾场的等离子体光子减速过程产生超短超强中红外脉冲成为激光等离子体领域的研究新方向。本文围绕等离子体光子减速这一物理机制，系统介绍其基本原理、数值模拟及实验研究进展以及未来的应用前景。
超短超强中红外激光脉冲在强场物理、超快化学、环境监测、生物医疗等领域有独特应用价值，尤其在强场物理研究领域中，超短超强中红外光为开拓超强激光与物质相互作用的新物理提供了不同于以往近红外波段的波长新尺度。然而受限于传统激光晶体及非线性晶体损伤阈值，长期以来产生大能量近单周期中红外光源始终是超快激光技术领域的重要挑战。近年来，利用等离子体作为非线性光学介质，基于激光尾场的等离子体光子减速过程产生超短超强中红外脉冲成为激光等离子体领域的研究新方向。本文围绕等离子体光子减速这一物理机制，系统介绍其基本原理、数值模拟及实验研究进展以及未来的应用前景。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.260005
摘要:
超短超强激光技术的快速发展，极大推动了物理学在极端强场环境下的前沿探索。相关研究涵盖紧凑型粒子加速器、高亮度辐射源、非线性强场量子电动力学及强激光驱动的轴子暗物质产生和探测等多个重要方向。过去十余年，上海交通大学在本领域开展了系统性的理论、模拟和实验研究，先后建成了基于单束百太瓦级激光的相对论等离子体研究平台及具备高精度时空同步的双束百太瓦级激光驱动的极端相对论等离子体研究平台。本文对新建成的双束百太瓦“重明”激光等离子体实验装置的整体构成、关键参数与核心特色进行介绍，并进一步阐述依托以往和新建成装置完成和计划开展的前沿科学研究工作，包括激光固体高次谐波、激光等离子体尾波加速、非线性康普顿散射及强激光轴子暗物质产生和探测。新装置的建成运行，将为极端相对论等离子体物理实验研究提供重要的平台支撑。
超短超强激光技术的快速发展，极大推动了物理学在极端强场环境下的前沿探索。相关研究涵盖紧凑型粒子加速器、高亮度辐射源、非线性强场量子电动力学及强激光驱动的轴子暗物质产生和探测等多个重要方向。过去十余年，上海交通大学在本领域开展了系统性的理论、模拟和实验研究，先后建成了基于单束百太瓦级激光的相对论等离子体研究平台及具备高精度时空同步的双束百太瓦级激光驱动的极端相对论等离子体研究平台。本文对新建成的双束百太瓦“重明”激光等离子体实验装置的整体构成、关键参数与核心特色进行介绍，并进一步阐述依托以往和新建成装置完成和计划开展的前沿科学研究工作，包括激光固体高次谐波、激光等离子体尾波加速、非线性康普顿散射及强激光轴子暗物质产生和探测。新装置的建成运行，将为极端相对论等离子体物理实验研究提供重要的平台支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250384
摘要:
随着超短超强激光技术的飞速发展，激光等离子体加速已成为产生GeV量级高能电子束与高品质辐射源的重要途径。其中，Betatron辐射作为一种机制紧凑、脉冲持续时间达飞秒量级的新型射线源，具有源尺寸小，高亮度等特点。在高能量密度物理、材料科学、成像及超快动态探测与高空间分辨成像等领域展现出巨大应用潜力。系统梳理了激光尾波场加速与直接激光加速两种核心机制产生Betatron辐射的物理原理、研究进展与发展趋势。详细对比了LWFA与DLA两种方案所产生Betatron辐射在关键参数（如光子能量、通量、亮度、能谱与稳定性）上的特性差异，总结了其各自的品质因子与适用场景。最后，展望了该领域未来面临的挑战，如提升光子的中心能量、产额、亮度及转换效率，并为基于下一代强激光大科学装置开展相关实验研究提供了方向性参考。
随着超短超强激光技术的飞速发展，激光等离子体加速已成为产生GeV量级高能电子束与高品质辐射源的重要途径。其中，Betatron辐射作为一种机制紧凑、脉冲持续时间达飞秒量级的新型射线源，具有源尺寸小，高亮度等特点。在高能量密度物理、材料科学、成像及超快动态探测与高空间分辨成像等领域展现出巨大应用潜力。系统梳理了激光尾波场加速与直接激光加速两种核心机制产生Betatron辐射的物理原理、研究进展与发展趋势。详细对比了LWFA与DLA两种方案所产生Betatron辐射在关键参数（如光子能量、通量、亮度、能谱与稳定性）上的特性差异，总结了其各自的品质因子与适用场景。最后，展望了该领域未来面临的挑战，如提升光子的中心能量、产额、亮度及转换效率，并为基于下一代强激光大科学装置开展相关实验研究提供了方向性参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250407
摘要:
强激光技术是当前物理学与核科学的前沿领域，其通过啁啾脉冲放大技术在飞秒至阿秒时间尺度内产生极端光场强度，为研究强场量子电动力学、激光等离子体物理以及极端核环境提供了独特平台。本文系统介绍了中国原子能科学研究院核物理研究所激光核物理研究团队在百太瓦级超快超强激光装置研制、理论机制研究与实验技术等方面的进展，包括高对比度脉冲整形、粒子加速、高亮度偏振γ光源、激光光源研发以及等离子体靶参数诊断等。同时，阐述了强激光在极端等离子体环境模拟、高压物态方程、涡旋γ光与微观核靶相互作用、激光等离子体光谱等相关领域的重要应用。文章最后展望了新的发展方向，强调了强激光技术在推动核工业发展与基础核科学研究方面的重要价值。
强激光技术是当前物理学与核科学的前沿领域，其通过啁啾脉冲放大技术在飞秒至阿秒时间尺度内产生极端光场强度，为研究强场量子电动力学、激光等离子体物理以及极端核环境提供了独特平台。本文系统介绍了中国原子能科学研究院核物理研究所激光核物理研究团队在百太瓦级超快超强激光装置研制、理论机制研究与实验技术等方面的进展，包括高对比度脉冲整形、粒子加速、高亮度偏振γ光源、激光光源研发以及等离子体靶参数诊断等。同时，阐述了强激光在极端等离子体环境模拟、高压物态方程、涡旋γ光与微观核靶相互作用、激光等离子体光谱等相关领域的重要应用。文章最后展望了新的发展方向，强调了强激光技术在推动核工业发展与基础核科学研究方面的重要价值。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250420
摘要:
1 μm 波段高功率掺镱光纤激光器在激光加工、生物医疗及国防安全等领域应用广泛，然而，随着输出功率持续提升，传统大纤芯光纤易受模式不稳定与受激拉曼散射等非线性效应影响。全固态反谐振石英光纤（AS-ARF）基于其独特的反谐振导光机理，可在实现超大模场传输的同时抑制高阶模，为兼顾高功率与高光束质量提供了创新技术路径。然而，面向高功率增益应用的有源掺镱（Yb）AS-ARF，其纤芯折射率起伏对模式特性的影响机制及“阶跃光纤-AS-ARF”熔接传输特性尚未得到系统研究，制约了实用化进程。针对上述问题，通过构建六环结构AS-ARF模型，结合理论推导与数值仿真模拟，研究了折射率起伏对光纤导光特性的影响，明确了维持原有导光机制的折射率变化临界值，验证了该光纤在目标波长下的低损耗、大模场面积及良好的光束质量保持能力；同时探究了阶跃光纤与AS-ARF熔接耦合场景的光传输规律，仿真结果表明当入射光束直径与AS-ARF纤芯直径匹配时，传输能量衰减<2%。本研究实现了对有源AS-ARF核心调控参数的量化，为Yb3+-AS-ARF的制备工艺优化（重点关注折射率均匀性控制）及实际耦合方案的设计提供了理论基础。
1 μm 波段高功率掺镱光纤激光器在激光加工、生物医疗及国防安全等领域应用广泛，然而，随着输出功率持续提升，传统大纤芯光纤易受模式不稳定与受激拉曼散射等非线性效应影响。全固态反谐振石英光纤（AS-ARF）基于其独特的反谐振导光机理，可在实现超大模场传输的同时抑制高阶模，为兼顾高功率与高光束质量提供了创新技术路径。然而，面向高功率增益应用的有源掺镱（Yb）AS-ARF，其纤芯折射率起伏对模式特性的影响机制及“阶跃光纤-AS-ARF”熔接传输特性尚未得到系统研究，制约了实用化进程。针对上述问题，通过构建六环结构AS-ARF模型，结合理论推导与数值仿真模拟，研究了折射率起伏对光纤导光特性的影响，明确了维持原有导光机制的折射率变化临界值，验证了该光纤在目标波长下的低损耗、大模场面积及良好的光束质量保持能力；同时探究了阶跃光纤与AS-ARF熔接耦合场景的光传输规律，仿真结果表明当入射光束直径与AS-ARF纤芯直径匹配时，传输能量衰减<2%。本研究实现了对有源AS-ARF核心调控参数的量化，为Yb3+-AS-ARF的制备工艺优化（重点关注折射率均匀性控制）及实际耦合方案的设计提供了理论基础。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250352
摘要:
研究了神光II升级装置上，高功率激光与固体靶相互作用产生的电磁脉冲特性及机制。实验中采用皮秒与纳秒脉冲激光，分析不同打靶方式下电磁脉冲的波形与频谱特征。结果表明，皮秒脉冲激光作用下的电磁脉冲主要由流经送靶装置的中和电流产生，其峰值电场强度随激光能量近似线性增加。纳秒脉冲激光作用下，电磁脉冲强度较低，振荡电场持续时间较短，并伴随较长的准直流分量。仅使用上方8路纳秒激光时，电磁脉冲强度显著高于16路同时作用，表明激光打靶构型对电磁脉冲产生具有调制作用。皮秒激光与纳秒激光组合实验中，皮秒激光产生的电磁脉冲峰值明显减弱，推测与纳秒激光形成的大尺度等离子体有关。研究结果为高功率激光—固体靶相互作用中的电磁干扰机理分析及实验装置防护提供了重要实验依据。
研究了神光II升级装置上，高功率激光与固体靶相互作用产生的电磁脉冲特性及机制。实验中采用皮秒与纳秒脉冲激光，分析不同打靶方式下电磁脉冲的波形与频谱特征。结果表明，皮秒脉冲激光作用下的电磁脉冲主要由流经送靶装置的中和电流产生，其峰值电场强度随激光能量近似线性增加。纳秒脉冲激光作用下，电磁脉冲强度较低，振荡电场持续时间较短，并伴随较长的准直流分量。仅使用上方8路纳秒激光时，电磁脉冲强度显著高于16路同时作用，表明激光打靶构型对电磁脉冲产生具有调制作用。皮秒激光与纳秒激光组合实验中，皮秒激光产生的电磁脉冲峰值明显减弱，推测与纳秒激光形成的大尺度等离子体有关。研究结果为高功率激光—固体靶相互作用中的电磁干扰机理分析及实验装置防护提供了重要实验依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250370
摘要:
提出了一种基于卷积神经网络CNN）的半导体激光自混合干涉（SMI）微位移重构方法，将SMI信号分段并以窗口平均位移作为标签输入卷积神经网络，实现了物体微米量级位移的直接重构，避免了位移重构过程中复杂的SMI信号相位解包裹计算过程。所使用的卷积神经网络由三组卷积层、池化层和线性整流函数组成，其中卷积层用于提取SMI信号中的局部位移特征，池化层用于压缩SMI信号中的特征信息并增强抗干扰能力，线性整流函数有助于突出SMI信号中的关键位移特征。在理论仿真中，将具有10 dB噪声的SMI信号输入至已训练完成的卷积神经网络中，直接输出物体重构微位移的均方根误差为\begin{document}$ 5.3\times {10}^{-8} $\end{document} ![]()
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\begin{document}$ 2.1\times {10}^{-7} $\end{document} ![]()
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提出了一种基于卷积神经网络CNN）的半导体激光自混合干涉（SMI）微位移重构方法，将SMI信号分段并以窗口平均位移作为标签输入卷积神经网络，实现了物体微米量级位移的直接重构，避免了位移重构过程中复杂的SMI信号相位解包裹计算过程。所使用的卷积神经网络由三组卷积层、池化层和线性整流函数组成，其中卷积层用于提取SMI信号中的局部位移特征，池化层用于压缩SMI信号中的特征信息并增强抗干扰能力，线性整流函数有助于突出SMI信号中的关键位移特征。在理论仿真中，将具有10 dB噪声的SMI信号输入至已训练完成的卷积神经网络中，直接输出物体重构微位移的均方根误差为
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250410
摘要:
极化正电子束是前沿科学研究所需的重要探针。利用强激光场中非线性Breit-Wheeler散射产生极化正电子是近年来备受关注的新方案。探究该过程中激光与伽马光子参数对正电子最终极化状态的调控机理。在强场量子电动力学理论框架下，完整保留了所有粒子的自旋极化自由度，并精确纳入了平面波激光场的有限脉冲包络结构。计算表明：当激光与高能伽马光子皆为线偏振时，产生的正电子极化度为零；当驱动激光和伽马光子有一个为圆偏振时，正电子极化由圆偏振光主导，并随激光强度增强或伽马光子能量增加而下降，线偏振光的影响很小；当激光与伽马光子均为圆偏振时，高能正电子的极化由伽马光子主导，而低能正电子的极化则由二者共同决定，且激光强度的调控作用尤为显著。揭示了激光强度和伽马光子能量等关键因素对极化正电子产生的影响机理，为未来利用强激光与高能伽马光对撞产生高品质极化正电子束的实验方案提供了关键理论依据。
极化正电子束是前沿科学研究所需的重要探针。利用强激光场中非线性Breit-Wheeler散射产生极化正电子是近年来备受关注的新方案。探究该过程中激光与伽马光子参数对正电子最终极化状态的调控机理。在强场量子电动力学理论框架下，完整保留了所有粒子的自旋极化自由度，并精确纳入了平面波激光场的有限脉冲包络结构。计算表明：当激光与高能伽马光子皆为线偏振时，产生的正电子极化度为零；当驱动激光和伽马光子有一个为圆偏振时，正电子极化由圆偏振光主导，并随激光强度增强或伽马光子能量增加而下降，线偏振光的影响很小；当激光与伽马光子均为圆偏振时，高能正电子的极化由伽马光子主导，而低能正电子的极化则由二者共同决定，且激光强度的调控作用尤为显著。揭示了激光强度和伽马光子能量等关键因素对极化正电子产生的影响机理，为未来利用强激光与高能伽马光对撞产生高品质极化正电子束的实验方案提供了关键理论依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250419
摘要:
Yb(TMHD)3是高增益掺镱石英光纤不可替代的气相掺杂前驱体，其Yb含量直接决定光纤性能。传统重量检测法周期长达6 h，无法满足光纤预制棒在线工艺调整的时效需求。为了提高生产效率，建立了一种“硝酸-双氧水敞口消解-EDTA络合滴定”的方法在六次甲基四胺缓冲体系（pH=5～6）中，以二甲酚橙（XO）为指示剂，用EDTA标准液与Yb3+按1∶1摩尔比络合滴定，终点由玫瑰红突变为亮黄色，变色敏锐、重现性好。系统研究了Yb(TMHD)3消解方法、缓冲液六次甲基四胺pH对镱测定的影响因素，确定了最优条件。方法平均回收率在98.2%～100.2%之间，精密度RSD(n=11)≤0.5%。Yb(TMHD)3实际样品测定结果与重量法对照偏差＜0.3%，单样检测时间由6 h缩短至15 min。该方法准确、精密、简便、成本低，可直接部署于生产现场，实现Yb(TMHD)3中Yb含量的快速检测，为掺镱光纤预制棒的工艺实时优化与质量稳定提供了可靠的技术支撑。
Yb(TMHD)3是高增益掺镱石英光纤不可替代的气相掺杂前驱体，其Yb含量直接决定光纤性能。传统重量检测法周期长达6 h，无法满足光纤预制棒在线工艺调整的时效需求。为了提高生产效率，建立了一种“硝酸-双氧水敞口消解-EDTA络合滴定”的方法在六次甲基四胺缓冲体系（pH=5～6）中，以二甲酚橙（XO）为指示剂，用EDTA标准液与Yb3+按1∶1摩尔比络合滴定，终点由玫瑰红突变为亮黄色，变色敏锐、重现性好。系统研究了Yb(TMHD)3消解方法、缓冲液六次甲基四胺pH对镱测定的影响因素，确定了最优条件。方法平均回收率在98.2%～100.2%之间，精密度RSD(n=11)≤0.5%。Yb(TMHD)3实际样品测定结果与重量法对照偏差＜0.3%，单样检测时间由6 h缩短至15 min。该方法准确、精密、简便、成本低，可直接部署于生产现场，实现Yb(TMHD)3中Yb含量的快速检测，为掺镱光纤预制棒的工艺实时优化与质量稳定提供了可靠的技术支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250314
摘要:
高功率光纤激光仿真技术可在研发阶段有效降低实验成本、缩短开发周期，并优化激光器性能参数，对推动高功率光纤激光器在工业加工、国防、科研、医疗设备等领域的应用具有重要意义。重点介绍了国内外典型高功率光纤激光器仿真软件的研究进展，研究了其功能特点、和应用场景等有关情况，总结了高功率光纤激光建模仿真的研究特点，对高功率光纤激光建模仿真软件如何有效验证和可靠应用进行了思考，并对高功率光纤激光仿真软件下一步的发展方向进行展望，可为相关行业仿真软件研发提供借鉴。
高功率光纤激光仿真技术可在研发阶段有效降低实验成本、缩短开发周期，并优化激光器性能参数，对推动高功率光纤激光器在工业加工、国防、科研、医疗设备等领域的应用具有重要意义。重点介绍了国内外典型高功率光纤激光器仿真软件的研究进展，研究了其功能特点、和应用场景等有关情况，总结了高功率光纤激光建模仿真的研究特点，对高功率光纤激光建模仿真软件如何有效验证和可靠应用进行了思考，并对高功率光纤激光仿真软件下一步的发展方向进行展望，可为相关行业仿真软件研发提供借鉴。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250390
摘要:
综述了等离子体物理全国重点实验室“星光”超短超强脉冲激光实验平台的发展历程与现状。目前，平台包括星光III装置与SILEX-II装置。面向惯性约束聚变（ICF）、高能量密度物理（HEDP）、极端条件下的物质特性等研究开放，提供极端状态产生、“泵浦-探测”等关键实验能力。重点介绍了星光III装置和SILEX-II装置的系统构成与关键技术。星光III装置可实现纳秒、皮秒、飞秒三种脉宽激光的高精度同步输出；SILEX-II装置采用全OPCPA架构，可实现高对比度、拍瓦级峰值功率飞秒激光脉冲。最后，展示了“星光”平台上开展的多束激光协同的代表性实验。
综述了等离子体物理全国重点实验室“星光”超短超强脉冲激光实验平台的发展历程与现状。目前，平台包括星光III装置与SILEX-II装置。面向惯性约束聚变（ICF）、高能量密度物理（HEDP）、极端条件下的物质特性等研究开放，提供极端状态产生、“泵浦-探测”等关键实验能力。重点介绍了星光III装置和SILEX-II装置的系统构成与关键技术。星光III装置可实现纳秒、皮秒、飞秒三种脉宽激光的高精度同步输出；SILEX-II装置采用全OPCPA架构，可实现高对比度、拍瓦级峰值功率飞秒激光脉冲。最后，展示了“星光”平台上开展的多束激光协同的代表性实验。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250430
摘要:
高功率飞秒光纤激光在先进制造、激光粒子加速和高次谐波产生等领域具有广泛的应用，飞秒光纤激光相干合成技术是突破单根光纤功率极限、实现高功率飞秒激光输出的有效技术手段。搭建了一套基于全光纤结构啁啾脉冲放大的飞秒激光相干偏振合成系统，采用光纤拉伸器并结合随机并行梯度下降算法实现了三路激光放大器的相位调节与稳定相干合成。在总输出功率为1219.1 W时，系统合成功率为1072 W，对应的合成效率为87%。合成光束具有近衍射极限光束质量（M2=1.23），压缩后脉冲宽度为899 fs。此外，还理论分析了光束质量退化对合成效率的影响。该全光纤结构飞秒激光相干合成系统具有优异的稳定性并兼具高功率输出，未来通过增加合成通道数量可以进一步提升输出功率，为高通量超快超强激光的前沿应用提供技术支撑。
高功率飞秒光纤激光在先进制造、激光粒子加速和高次谐波产生等领域具有广泛的应用，飞秒光纤激光相干合成技术是突破单根光纤功率极限、实现高功率飞秒激光输出的有效技术手段。搭建了一套基于全光纤结构啁啾脉冲放大的飞秒激光相干偏振合成系统，采用光纤拉伸器并结合随机并行梯度下降算法实现了三路激光放大器的相位调节与稳定相干合成。在总输出功率为
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250387
摘要:
超快强激光具有超快时域特性和高峰值功率特性。随着激光技术的迅猛发展，其脉冲重复频率也得到逐步提高，这种重频高功率飞秒激光为人类提供了前所未有的超快时间和超高强场等极端物理条件，为驱动产生新型超快粒子束源和强脉冲辐射源等前沿基础科学和交叉应用研究提供了新机遇、新途径和新方向。本文将主要介绍上海师范大学超快光物理研究团队基于重频高功率飞秒激光系统新建的新型超快光物理综合实验平台，以及近期围绕气体高次谐波、强太赫兹辐射源和高亮度超快电子束源产生及其相关应用研究方面所取得的研究进展，并简述了若干前沿物理的主要进展和未来的展望。
超快强激光具有超快时域特性和高峰值功率特性。随着激光技术的迅猛发展，其脉冲重复频率也得到逐步提高，这种重频高功率飞秒激光为人类提供了前所未有的超快时间和超高强场等极端物理条件，为驱动产生新型超快粒子束源和强脉冲辐射源等前沿基础科学和交叉应用研究提供了新机遇、新途径和新方向。本文将主要介绍上海师范大学超快光物理研究团队基于重频高功率飞秒激光系统新建的新型超快光物理综合实验平台，以及近期围绕气体高次谐波、强太赫兹辐射源和高亮度超快电子束源产生及其相关应用研究方面所取得的研究进展，并简述了若干前沿物理的主要进展和未来的展望。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250382
摘要:
激光等离子体加速的超高电子密度、超微时空结构、超高加速梯度，可产生飞秒（fs）级脉宽、高峰值亮度的实验室级超快光源，非常适宜构筑fs级时间分辨的超快动态诊断能力，可作为传统大型光源的补充和拓展。依托国家重大科技基础设施-综合极端条件实验装置（SECUF），建立了国内首个基于高功率飞秒激光驱动的超短X射线脉冲作为开放资源的用户实验站。激光系统具有两路输出：三太瓦（3 TW: 60 mJ/20 fs/800 nm）重频为100 Hz，拍瓦（PW: 25 J/25 fs/800 nm）每分钟1发。3 TW束可传输至两个靶室，建立了超快X射线衍射应用平台，具备多模式泵浦-探测能力，用于研究物质超快动力学过程；并基于激光等离子体电子加速研制出首个台面化高分辨超热中子共振谱学平台。PW束可传输至三个靶室，支持激光等离子体加速、激光核物理、超快X射线和新型太赫兹辐射产生等前沿研究，及超快脉冲辐射的应用。本实验站既支持利用飞秒激光产生的超快辐射脉冲开展物质科学研究，也支持直接利用高功率激光进行强场物理研究。
激光等离子体加速的超高电子密度、超微时空结构、超高加速梯度，可产生飞秒（fs）级脉宽、高峰值亮度的实验室级超快光源，非常适宜构筑fs级时间分辨的超快动态诊断能力，可作为传统大型光源的补充和拓展。依托国家重大科技基础设施-综合极端条件实验装置（SECUF），建立了国内首个基于高功率飞秒激光驱动的超短X射线脉冲作为开放资源的用户实验站。激光系统具有两路输出：三太瓦（3 TW: 60 mJ/20 fs/800 nm）重频为100 Hz，拍瓦（PW: 25 J/25 fs/800 nm）每分钟1发。3 TW束可传输至两个靶室，建立了超快X射线衍射应用平台，具备多模式泵浦-探测能力，用于研究物质超快动力学过程；并基于激光等离子体电子加速研制出首个台面化高分辨超热中子共振谱学平台。PW束可传输至三个靶室，支持激光等离子体加速、激光核物理、超快X射线和新型太赫兹辐射产生等前沿研究，及超快脉冲辐射的应用。本实验站既支持利用飞秒激光产生的超快辐射脉冲开展物质科学研究，也支持直接利用高功率激光进行强场物理研究。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250378
摘要:
使用基于裂变响应函数算法的FLASH程序，在具有复杂堆芯结构的AP1000反应堆内进行计算验证。通过基于Serpent蒙特卡罗程序的参考工况计算构建裂变响应函数数据库，结合局部组件间环境效应修正因子算法，有效消除了组件状态差异对计算精度的影响。同时，采用预估-校正法对反射层进行了精确模拟。自主开发的FLASH程序在AP1000 堆芯热态零功率工况下进行了数值验证，结果表明：与蒙特卡罗参考解相比，各2D轴向切片的有效增值系数偏差均控制在+220 pcm以内，全堆三维有效增值系数偏差为+209 pcm；2D棒功率分布的均方根误差低于1.1%，三维棒功率均方根误差为1.05%，组件功率均方根误差为0.67%。在20核并行条件下，FLASH程序实现了AP1000全堆三维计算，耗时仅为73秒，验证了所提方法的高效性与高精度。
使用基于裂变响应函数算法的FLASH程序，在具有复杂堆芯结构的AP1000反应堆内进行计算验证。通过基于Serpent蒙特卡罗程序的参考工况计算构建裂变响应函数数据库，结合局部组件间环境效应修正因子算法，有效消除了组件状态差异对计算精度的影响。同时，采用预估-校正法对反射层进行了精确模拟。自主开发的FLASH程序在AP1000 堆芯热态零功率工况下进行了数值验证，结果表明：与蒙特卡罗参考解相比，各2D轴向切片的有效增值系数偏差均控制在+220 pcm以内，全堆三维有效增值系数偏差为+209 pcm；2D棒功率分布的均方根误差低于1.1%，三维棒功率均方根误差为1.05%，组件功率均方根误差为0.67%。在20核并行条件下，FLASH程序实现了AP1000全堆三维计算，耗时仅为73秒，验证了所提方法的高效性与高精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250168
摘要:
无损检测方法在各领域都上发挥着重要的作用，伽马射线、热中子成像均是重要的无损检测方法，各有优劣，在许多方面上具有互补性。热中子-伽马射线双模成像将两者融合，在兼具这两类射线检测方法优点的同时，与单一射线检测相比，还具有物质识别的能力。以原子能院正在研发的18 MeV回旋加速器为设计基础，利用质子加速器驱动的中子源可同时产生中子和伽马射线这一特性，通过模拟对双模成像中子源进行研究。其中选用具有高（p, n）反应截面的铍做中子靶产生中子，为得到热中子，用聚乙烯做中子慢化体和反射体。利用热中子和伽马束流在空间上的分布不同，通过设计在不同空间取向上分别引出这两种射线，实现一靶同时得到两种射线。此外，通过在聚乙烯上对中子引出口和伽马射线引出口的设计，进一步提高热中子束流和伽马射线束流的引出效率。
无损检测方法在各领域都上发挥着重要的作用，伽马射线、热中子成像均是重要的无损检测方法，各有优劣，在许多方面上具有互补性。热中子-伽马射线双模成像将两者融合，在兼具这两类射线检测方法优点的同时，与单一射线检测相比，还具有物质识别的能力。以原子能院正在研发的18 MeV回旋加速器为设计基础，利用质子加速器驱动的中子源可同时产生中子和伽马射线这一特性，通过模拟对双模成像中子源进行研究。其中选用具有高（p, n）反应截面的铍做中子靶产生中子，为得到热中子，用聚乙烯做中子慢化体和反射体。利用热中子和伽马束流在空间上的分布不同，通过设计在不同空间取向上分别引出这两种射线，实现一靶同时得到两种射线。此外，通过在聚乙烯上对中子引出口和伽马射线引出口的设计，进一步提高热中子束流和伽马射线束流的引出效率。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250291
摘要:
硼中子俘获治疗（BNCT）作为创新型二元靶向治疗技术，通过肿瘤靶向性10B药物与中子束照射协同作用，实现细胞层面的精准治疗，但因中子输运过程复杂，临床治疗计划制定依赖的蒙特卡罗方法存在计算耗时长的问题，且该技术针对头部肿瘤的剂量学研究不足。本研究针对BNCT治疗需求，基于NECP-MCX开展了蒙特卡罗算法的加速优化与前后处理模块开发，将单次剂量计算时间从2小时缩短至9.4分钟；并采用MCNP与NECP-MCX两种蒙特卡罗程序，对一例头部肿瘤病例开展剂量分布计算研究，验证了前后端处理和计算核心的准确性，也确保了数据可靠。该肿瘤案例的计算结果表明，在有效治疗深度内，具有显著的肿瘤靶向硼剂量沉积特性。治疗效果上，BNCT能够实现在63分钟的治疗时间，保证肿瘤靶区剂量90%的区域达到60 Gy的最佳治疗剂量的同时，健康组织剂量低于12.5 Gy。
硼中子俘获治疗（BNCT）作为创新型二元靶向治疗技术，通过肿瘤靶向性10B药物与中子束照射协同作用，实现细胞层面的精准治疗，但因中子输运过程复杂，临床治疗计划制定依赖的蒙特卡罗方法存在计算耗时长的问题，且该技术针对头部肿瘤的剂量学研究不足。本研究针对BNCT治疗需求，基于NECP-MCX开展了蒙特卡罗算法的加速优化与前后处理模块开发，将单次剂量计算时间从2小时缩短至9.4分钟；并采用MCNP与NECP-MCX两种蒙特卡罗程序，对一例头部肿瘤病例开展剂量分布计算研究，验证了前后端处理和计算核心的准确性，也确保了数据可靠。该肿瘤案例的计算结果表明，在有效治疗深度内，具有显著的肿瘤靶向硼剂量沉积特性。治疗效果上，BNCT能够实现在63分钟的治疗时间，保证肿瘤靶区剂量90%的区域达到60 Gy的最佳治疗剂量的同时，健康组织剂量低于12.5 Gy。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250380
摘要:
康普顿散射是光子与电子之间发生散射的基本物理过程。基于其逆过程的逆康普顿散射光源，通过让相对论电子束与强激光束对撞，可产生高亮度、能量可调、短脉冲的X射线或伽马射线，为诸多科学研究与应用领域提供了高亮度、宽谱光子束。本文将综述逆康普顿散射光源的技术现状及应用，其技术演进可大致分为三个阶段：第一阶段为非相干逆康普顿散射光源技术，已成为目前绝大多数康普顿光源装置所采用的技术。第二阶段为相干逆康普顿散射光源技术，其核心原理是通过电子与光子的相干散射，以显著提升光源峰值亮度和束流品质，该技术目前正在研究发展中。第三阶段为受激逆康普顿散射光源技术，即通过受激辐射放大机制，实现光子与电子散射强度的非线性增强，以产生更高亮度、更高束流品质的技术。本文将分析总结各阶段的技术原理、核心步骤和挑战，并对领域的未来的发展方向进行了展望。
康普顿散射是光子与电子之间发生散射的基本物理过程。基于其逆过程的逆康普顿散射光源，通过让相对论电子束与强激光束对撞，可产生高亮度、能量可调、短脉冲的X射线或伽马射线，为诸多科学研究与应用领域提供了高亮度、宽谱光子束。本文将综述逆康普顿散射光源的技术现状及应用，其技术演进可大致分为三个阶段：第一阶段为非相干逆康普顿散射光源技术，已成为目前绝大多数康普顿光源装置所采用的技术。第二阶段为相干逆康普顿散射光源技术，其核心原理是通过电子与光子的相干散射，以显著提升光源峰值亮度和束流品质，该技术目前正在研究发展中。第三阶段为受激逆康普顿散射光源技术，即通过受激辐射放大机制，实现光子与电子散射强度的非线性增强，以产生更高亮度、更高束流品质的技术。本文将分析总结各阶段的技术原理、核心步骤和挑战，并对领域的未来的发展方向进行了展望。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250346
摘要:
在间接驱动的激光惯性约束聚变中，对靶丸处X射线驱动强度的精确计算是精准预言氘氚燃料靶丸内爆性能的基础。这需要利用辐射流体模拟程序，对激光到X射线转换和腔壁X光吸收损失等过程进行精确模拟。然而，自美国国家点火装置（NIF）的点火攻关计划启动以来，辐射流体模拟程序预测的靶丸处X射线驱动强度持续高于实验测量值，即普遍存在的黑腔能量亏损现象。尽管NIF开展了大量实验研究并持续优化其辐射流体模拟模型，但这一挑战性的黑腔能量亏损问题至今未能得到彻底解决，成为实现高增益惯性约束聚变的关键障碍之一。本文将系统介绍NIF黑腔能量亏损问题上的关键研究进展，并对NIF与我国在靶丸处辐射流强度表征的方法展开介绍。
在间接驱动的激光惯性约束聚变中，对靶丸处X射线驱动强度的精确计算是精准预言氘氚燃料靶丸内爆性能的基础。这需要利用辐射流体模拟程序，对激光到X射线转换和腔壁X光吸收损失等过程进行精确模拟。然而，自美国国家点火装置（NIF）的点火攻关计划启动以来，辐射流体模拟程序预测的靶丸处X射线驱动强度持续高于实验测量值，即普遍存在的黑腔能量亏损现象。尽管NIF开展了大量实验研究并持续优化其辐射流体模拟模型，但这一挑战性的黑腔能量亏损问题至今未能得到彻底解决，成为实现高增益惯性约束聚变的关键障碍之一。本文将系统介绍NIF黑腔能量亏损问题上的关键研究进展，并对NIF与我国在靶丸处辐射流强度表征的方法展开介绍。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250403
摘要:
在惯性约束聚变（ICF）实验中，可通过在低密度聚合物泡沫中引入氯、氩、锗、铜等元素来调控辐射不透明度、改善流体力学稳定性及实现温度、密度示踪诊断。本文综述了掺杂聚合物泡沫的制备研究现状，分析了当前掺杂过程中存在的问题，并展望了未来面向高重复频率、高掺杂精度需求的技术发展趋势。该综述可为ICF实验靶材料的设计与制备提供参考。
在惯性约束聚变（ICF）实验中，可通过在低密度聚合物泡沫中引入氯、氩、锗、铜等元素来调控辐射不透明度、改善流体力学稳定性及实现温度、密度示踪诊断。本文综述了掺杂聚合物泡沫的制备研究现状，分析了当前掺杂过程中存在的问题，并展望了未来面向高重复频率、高掺杂精度需求的技术发展趋势。该综述可为ICF实验靶材料的设计与制备提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250386
摘要:
简要回顾了中物院激光聚变研究中心研究团队基于星光-Ⅲ等强激光装置，在激光驱动中子源产生及应用研究方面开展的系列工作。介绍了研究团队通过新型靶设计提升光核中子产生效率、基于靶背鞘场加速机制提高中子产额，以及利用无碰撞静电冲击波加速获得高品质中子源等若干技术途径的探索。在应用方面，研究团队初步开展了该中子源在快中子照相、器件辐照效应与核材料检测等方向的实验研究，展现了其作为短脉冲、高通量中子源的潜在应用价值。随着激光技术的不断进步和产生机制的持续优化，这种新型中子源有望在基础科学研究、核能技术发展以及工业应用等领域发挥更加重要的作用，为相关学科的发展提供新的研究手段和技术支撑。
简要回顾了中物院激光聚变研究中心研究团队基于星光-Ⅲ等强激光装置，在激光驱动中子源产生及应用研究方面开展的系列工作。介绍了研究团队通过新型靶设计提升光核中子产生效率、基于靶背鞘场加速机制提高中子产额，以及利用无碰撞静电冲击波加速获得高品质中子源等若干技术途径的探索。在应用方面，研究团队初步开展了该中子源在快中子照相、器件辐照效应与核材料检测等方向的实验研究，展现了其作为短脉冲、高通量中子源的潜在应用价值。随着激光技术的不断进步和产生机制的持续优化，这种新型中子源有望在基础科学研究、核能技术发展以及工业应用等领域发挥更加重要的作用，为相关学科的发展提供新的研究手段和技术支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250282
摘要:
为实现PET医用小型回旋加速器的自主研发，中国原子能科学研究院开展了9.5 MeV超紧凑型回旋加速器的设计与研究。为满足对加速器束流的稳定加速，研制了基于全数字硬件平台的高频低电平控制算法，为提升控制精度，增加反馈速率，设计了高速DDC下变频解调系统，针对于数字下变频后IQ序列分布于任意象限的问题，设计了一种创新的象限预处理模块，以拓展其在全平面坐标系的适用性。为实现自动频率补偿，设计并实现基于位置式PID的调谐环，集成了自适应限位保护机制和实时调谐检测功能，并支持一键启动调谐。利用构建的高可靠性的跨时钟域数据通路，为幅度环调节激励信号幅值提供精度与稳定性保障。通过自闭环测试，验证了解调算法的可靠性，在与加速器联合调试中，稳定引出内靶束流100 μA，腔压幅度稳定度为0.047%（RMSE），失谐角保持在0.46°（RMSE），充分验证了系统的稳定性和可靠性，满足了加速器对低电平控制系统的需求。
为实现PET医用小型回旋加速器的自主研发，中国原子能科学研究院开展了9.5 MeV超紧凑型回旋加速器的设计与研究。为满足对加速器束流的稳定加速，研制了基于全数字硬件平台的高频低电平控制算法，为提升控制精度，增加反馈速率，设计了高速DDC下变频解调系统，针对于数字下变频后IQ序列分布于任意象限的问题，设计了一种创新的象限预处理模块，以拓展其在全平面坐标系的适用性。为实现自动频率补偿，设计并实现基于位置式PID的调谐环，集成了自适应限位保护机制和实时调谐检测功能，并支持一键启动调谐。利用构建的高可靠性的跨时钟域数据通路，为幅度环调节激励信号幅值提供精度与稳定性保障。通过自闭环测试，验证了解调算法的可靠性，在与加速器联合调试中，稳定引出内靶束流100 μA，腔压幅度稳定度为0.047%（RMSE），失谐角保持在0.46°（RMSE），充分验证了系统的稳定性和可靠性，满足了加速器对低电平控制系统的需求。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250330
摘要:
针对大光斑、窄脉冲激光在测量中因光路整形畸变、瞬态难捕获及相干性要求等限制导致的幅值失真与采样困难问题，提出了一种面向纳秒级脉冲大光斑面型激光的光束质量测量系统。系统采用三维步进平台联合光电探测器实现光斑强度的空间重建，并设计多通道峰值保持电路以锁存脉冲峰值，确保幅度采集的瞬态准确性。为应对部分光斑截断及边界不完整等非理想条件，系统引入圆拟合方法作为对能量二阶矩计算的补充，增强了光斑尺寸评估的鲁棒性。实验选用垂直腔面发射激光器作为典型光源，开展轴向扫描测量，比较不同方法下光斑尺度与能量分布的一致性。结果表明，该系统在纳秒激光脉冲与大尺寸光斑条件下具备良好的测量稳定性与适应能力，能够为光束几何特性和能量结构的多维评估提供有效支撑。
针对大光斑、窄脉冲激光在测量中因光路整形畸变、瞬态难捕获及相干性要求等限制导致的幅值失真与采样困难问题，提出了一种面向纳秒级脉冲大光斑面型激光的光束质量测量系统。系统采用三维步进平台联合光电探测器实现光斑强度的空间重建，并设计多通道峰值保持电路以锁存脉冲峰值，确保幅度采集的瞬态准确性。为应对部分光斑截断及边界不完整等非理想条件，系统引入圆拟合方法作为对能量二阶矩计算的补充，增强了光斑尺寸评估的鲁棒性。实验选用垂直腔面发射激光器作为典型光源，开展轴向扫描测量，比较不同方法下光斑尺度与能量分布的一致性。结果表明，该系统在纳秒激光脉冲与大尺寸光斑条件下具备良好的测量稳定性与适应能力，能够为光束几何特性和能量结构的多维评估提供有效支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250245
摘要:
中子多重性测量技术作为无损检测领域的核心手段，在裂变材料（235U）质量测定中发挥关键作用，但其存在测量周期冗长、非理想条件下存在测量偏差等技术瓶颈。借助Geant4与MATLAB软件构建主动井型符合计数器（AWCC）仿真模型实现主动中子多重性测量全流程的高精度模拟。在此基础上，基于PyTorch框架构建反向传播神经网络（BPNN）、卷积神经网络（CNN）、长短期记忆网络（LSTM）三种神经网络对中子多重性分布数据进行分析研究。结果表明，相较于传统主动中子多重性测量方法，三种神经网络模型在测量精度与效率方面均展现出显著优势，能够有效降低测量误差、缩短测量时间。研究结果不仅证实了基于神经网络的中子多重性测量方法的可行性，为中子多重性探测向高效化、智能化方向发展提供了新的解决方案。
中子多重性测量技术作为无损检测领域的核心手段，在裂变材料（235U）质量测定中发挥关键作用，但其存在测量周期冗长、非理想条件下存在测量偏差等技术瓶颈。借助Geant4与MATLAB软件构建主动井型符合计数器（AWCC）仿真模型实现主动中子多重性测量全流程的高精度模拟。在此基础上，基于PyTorch框架构建反向传播神经网络（BPNN）、卷积神经网络（CNN）、长短期记忆网络（LSTM）三种神经网络对中子多重性分布数据进行分析研究。结果表明，相较于传统主动中子多重性测量方法，三种神经网络模型在测量精度与效率方面均展现出显著优势，能够有效降低测量误差、缩短测量时间。研究结果不仅证实了基于神经网络的中子多重性测量方法的可行性，为中子多重性探测向高效化、智能化方向发展提供了新的解决方案。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250424
摘要:
金刚石优异的材料特性，认为是用作光导开关器件的理想候选材料。然而，金刚石光导开关器件暴露出导通电阻大及器件耐压低的问题。为提升金刚石光导开关的器件性能，采用不同氮掺杂浓度及厚度的单晶金刚石材料，并通过氮化硅材料钝化处理，制作了垂直结构的金刚石光导开关器件。通过表征手段获取了金刚石的掺杂浓度梯度。以波长为532 nm的激光作为触发源，在不同的直流偏置下获得了光导开关器件的开关响应特性。实验结果表明：氮掺杂金刚石光导开关器件均展现出优异的开关比（～1011），及亚纳秒量级的上升沿及下降沿性能。其中，氮掺杂浓度高的金刚石材料，其对应的光导开关器件导通电阻小。通过降低金刚石材料厚度，在偏压为4 kV（电场强度为110 kV/cm）下实现了光导开关器件导通电阻为28.9 Ω，对应的输出峰值功率为128 kW，进一步提升了器件性能。通过氮掺杂浓度设计、衬底厚度减薄及氮化硅钝化处理等，本工作成功制备了具有较好性能的金刚石光导开关器件，为金刚石光导开关器件的性能提升提供指导。
金刚石优异的材料特性，认为是用作光导开关器件的理想候选材料。然而，金刚石光导开关器件暴露出导通电阻大及器件耐压低的问题。为提升金刚石光导开关的器件性能，采用不同氮掺杂浓度及厚度的单晶金刚石材料，并通过氮化硅材料钝化处理，制作了垂直结构的金刚石光导开关器件。通过表征手段获取了金刚石的掺杂浓度梯度。以波长为532 nm的激光作为触发源，在不同的直流偏置下获得了光导开关器件的开关响应特性。实验结果表明：氮掺杂金刚石光导开关器件均展现出优异的开关比（～1011），及亚纳秒量级的上升沿及下降沿性能。其中，氮掺杂浓度高的金刚石材料，其对应的光导开关器件导通电阻小。通过降低金刚石材料厚度，在偏压为4 kV（电场强度为110 kV/cm）下实现了光导开关器件导通电阻为28.9 Ω，对应的输出峰值功率为128 kW，进一步提升了器件性能。通过氮掺杂浓度设计、衬底厚度减薄及氮化硅钝化处理等，本工作成功制备了具有较好性能的金刚石光导开关器件，为金刚石光导开关器件的性能提升提供指导。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250237
摘要:
提出了一种基于Risley棱镜原理的新型圆极化全金属超透镜波束扫描天线，旨在解决高功率微波天线领域的大角度波束扫描和高功率容量难题。通过在六边形透镜单元中引入圆形缝隙及超材料结构，实现了该单元在中心频点处超过99%的圆极化正交转化效率（表征入射左旋/右旋圆极化波向右旋/左旋圆极化的转化效率）及0～360°连续相位调控。单元组阵后，两层透镜与径向线枝节缝隙馈源共同构成了波束扫描天线。其中第一层透镜将馈源辐射的圆极化空心波束转换为实心波束，并实现25.66°波束偏转，第二层透镜将该偏转波束进行二次偏转，独立转动两层透镜可以实现±60°锥角内的二维波束扫描。仿真设计了工作在14.25 GHz、轴向长度为5.6λ的波束扫描透镜天线，扫描过程中增益变化范围为34.7～37.9 dB，反射系数始终低于−25 dB，最大口径效率超过79%。单个透镜单元功率容量为0.63 MW，天线整体功率容量超过1 GW，具有应用在高功率微波领域的潜力。
提出了一种基于Risley棱镜原理的新型圆极化全金属超透镜波束扫描天线，旨在解决高功率微波天线领域的大角度波束扫描和高功率容量难题。通过在六边形透镜单元中引入圆形缝隙及超材料结构，实现了该单元在中心频点处超过99%的圆极化正交转化效率（表征入射左旋/右旋圆极化波向右旋/左旋圆极化的转化效率）及0～360°连续相位调控。单元组阵后，两层透镜与径向线枝节缝隙馈源共同构成了波束扫描天线。其中第一层透镜将馈源辐射的圆极化空心波束转换为实心波束，并实现25.66°波束偏转，第二层透镜将该偏转波束进行二次偏转，独立转动两层透镜可以实现±60°锥角内的二维波束扫描。仿真设计了工作在14.25 GHz、轴向长度为5.6λ的波束扫描透镜天线，扫描过程中增益变化范围为34.7～37.9 dB，反射系数始终低于−25 dB，最大口径效率超过79%。单个透镜单元功率容量为0.63 MW，天线整体功率容量超过1 GW，具有应用在高功率微波领域的潜力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250414
摘要:
W波段是重要的窗口频段，在高容量通信、高分辨率成像和高精度探测等毫米波领域具有重要前沿应用价值。针对新一代W波段固态高集成收发机系统的应用需求，提出一款低损耗、低阶数、易加工的波导型准椭圆带通滤波器。该滤波器基于2个混合高阶谐振腔，结合偏移磁耦合方法，实现带两个传输零点的4阶准椭圆响应，带外抑制性能良好。主要内容包括：W波段混合高阶模滤波器的结构拓扑设计；混合谐振模式（TE201/TE102和TE301/TE102）与传输零点产生机理与独立性分析；错位偏移磁耦合结构特征；滤波器整体性能优化及其H面分裂式CNC加工等。实测结果表明，该滤波器的有效通带为91.5 GHz至98 GHz，3 dB相对带宽为7%，带内插入损耗低至0.4 dB，回波损耗优于15 dB。除高频边带有少量偏移外，实测结果与仿真结果高度一致，验证了该器件的易加工、易集成与易频率拓展等特点。
W波段是重要的窗口频段，在高容量通信、高分辨率成像和高精度探测等毫米波领域具有重要前沿应用价值。针对新一代W波段固态高集成收发机系统的应用需求，提出一款低损耗、低阶数、易加工的波导型准椭圆带通滤波器。该滤波器基于2个混合高阶谐振腔，结合偏移磁耦合方法，实现带两个传输零点的4阶准椭圆响应，带外抑制性能良好。主要内容包括：W波段混合高阶模滤波器的结构拓扑设计；混合谐振模式（TE201/TE102和TE301/TE102）与传输零点产生机理与独立性分析；错位偏移磁耦合结构特征；滤波器整体性能优化及其H面分裂式CNC加工等。实测结果表明，该滤波器的有效通带为91.5 GHz至98 GHz，3 dB相对带宽为7%，带内插入损耗低至0.4 dB，回波损耗优于15 dB。除高频边带有少量偏移外，实测结果与仿真结果高度一致，验证了该器件的易加工、易集成与易频率拓展等特点。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250297
摘要:
针对低轨卫星通信中圆极化相控阵扫描角度窄、剖面高的挑战，本文设计了一款低剖面、宽波束圆极化天线单元及其宽角扫描阵列。该单元采用双层结构，通过四角微扰与交叉缝隙实现左旋圆极化，并利用上层寄生结构与金属柱基于方向图叠加原理将波束宽度拓展至120°，轴比波束宽度大于175°，剖面高度仅0.07λ0。基于该单元构建的4×4旋转阵列，结合接地板环形开口槽设计，有效抑制了互耦。仿真结果表明，阵列在±60°扫描范围内轴比始终低于2 dB，且增益变化平缓，实现了优异的宽角圆极化扫描性能。
针对低轨卫星通信中圆极化相控阵扫描角度窄、剖面高的挑战，本文设计了一款低剖面、宽波束圆极化天线单元及其宽角扫描阵列。该单元采用双层结构，通过四角微扰与交叉缝隙实现左旋圆极化，并利用上层寄生结构与金属柱基于方向图叠加原理将波束宽度拓展至120°，轴比波束宽度大于175°，剖面高度仅0.07λ0。基于该单元构建的4×4旋转阵列，结合接地板环形开口槽设计，有效抑制了互耦。仿真结果表明，阵列在±60°扫描范围内轴比始终低于2 dB，且增益变化平缓，实现了优异的宽角圆极化扫描性能。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250347
摘要:
报道了一种基于被动谐波锁模种子源的 GHz 重复频率飞秒光纤激光放大系统，实现了1～3 GHz范围内的稳定运行。系统采用两级放大器并结合色散管理技术，在全调谐范围内均保持稳定输出。在脉冲重复频率为3.1 GHz和2.0 GHz的条件下，分别实现了2.1 W的平均输出功率和195 fs的最窄脉冲宽度，且相应放大后的边模抑制比均保持在33 dB以上。结果表明，该方案能够在宽频率范围内实现稳定的高功率放大与脉冲压缩，为高重复频率超快光纤激光的应用奠定了实验基础。
报道了一种基于被动谐波锁模种子源的 GHz 重复频率飞秒光纤激光放大系统，实现了1～3 GHz范围内的稳定运行。系统采用两级放大器并结合色散管理技术，在全调谐范围内均保持稳定输出。在脉冲重复频率为3.1 GHz和2.0 GHz的条件下，分别实现了2.1 W的平均输出功率和195 fs的最窄脉冲宽度，且相应放大后的边模抑制比均保持在33 dB以上。结果表明，该方案能够在宽频率范围内实现稳定的高功率放大与脉冲压缩，为高重复频率超快光纤激光的应用奠定了实验基础。
, 最新更新时间 , doi: 10.11884/HPLPB202638.250298
摘要:
Background Purpose Methods Results Conclusions
The reaction kinetics in lasers often involves a lots of excited state species. The mutual effects and numerical stiffness arising from the excited state species pose significant challenges in numerical simulations of lasers. The development of artificial intelligence has made Neural Networks (NNs) a promising approach to address the computational intensity and instability in Excited State Reaction Kinetics (ESRK).
However, the complexity of ESRK poses challenges for NN training. These reactions involve numerous species and mutual effects, resulting in a high-dimensional variable space. This demands that the NN possess the capability to establish complex mapping relationships. Moreover, the significant change in state before and after the reaction leads to a broad variable space coverage, which amplifies the demand for NN's accuracy.
To address the aforementioned challenges, this study introduces the successful sequence-to-sequence learning from large language learning into ESRK to enhance prediction accuracy in complex, high-dimensional regression. Additionally, a statistical regularization method is proposed to improve the diversity of the outputs. NNs with different architectures were trained using randomly sampled data, and their capabilities were compared and analyzed.
The proposed method is validated using a vibrational reaction mechanism for hydrogen fluoride, which involves 16 species and 137 reactions. The results demonstrate that the sequential model achieves lower training loss and relative error during training. Furthermore, experiments with different hyperparameters reveal that variation in the random seed can significantly impact model performance.
In this work, the introduction of the sequential model successfully reduced the parameter count of the conventional wide model without compromising accuracy. However, due to the intrinsic complexity of ESRK, there remains considerable room for improvement in NN-based regression tasks for this domain.
