神光Ⅲ原型装置自适应光学系统在惯性约束聚变中的新突破

"自适应光学技术在惯性约束聚变领域的应用取得了新的突破。在惯性约束聚变（ICF）研究中，自适应光学（AO）是解决激光系统光束质量问题的关键技术。本文介绍了在中国‘神光Ⅲ’原型装置中实施的8套工程化自适应光学系统的应用，这些系统成功地校正了全系统的静态像差，提升了靶点焦斑的能量分布，并且验证了校正对X射线分布的积极影响。同时，还研发了一款17单元的大口径可拆卸变形镜（DM），其尺寸为284 mm×284 mm，行程超过±6 μm，谐振频率高于500 Hz。在波前控制技术方面，采用了基于哈特曼传感器的近场相位测量和基于靶室远场的随机并行梯度下降（SPGD）控制方法，都表现出优秀的校正性能。" 自适应光学（Adaptive Optics, AO）技术是一种能够实时校正大气湍流或光学系统内部引起的波前畸变的技术，尤其在高分辨率成像和激光传输等领域具有重要作用。在惯性约束聚变（Inertial Confinement Fusion, ICF）中，高质量的激光束对于实现有效的聚变反应至关重要。由于大气扰动和其他因素，激光在传输过程中可能会发生质量下降，导致能量分布不均匀，影响ICF实验的效果。 在“神光Ⅲ”原型装置上，8套工程化的自适应光学系统展示了其在实际应用中的强大能力。这些系统通过动态调整变形镜（Deformable Mirror, DM）的形状来校正光束的静态像差，确保激光能够准确无误地聚焦到靶点，提高了靶点焦斑的能量密度，这对于产生高温高密度的等离子体环境以及后续的聚变反应至关重要。同时，通过实验证明，这种波前校正还能改善打靶时产生的X射线分布，这对于监测和分析ICF实验结果有重要意义。 大口径可拆卸变形镜的研发是为了解决未来ICF系统对更大规模和更高精度的需求。这款17单元的DM，具有较大的工作面积和足够的行程，能够在保持高响应速度的同时，有效地校正大面积波前畸变。 在波前控制技术方面，研究人员采用了两种策略。一种是基于哈特曼传感器的近场相位测量，这种传感器能够检测并分析激光波前的相位信息，从而指导变形镜的调整。另一种是随机并行梯度下降（Stochastic Parallel Gradient Descent, SPGD）控制方法，它利用靶室远场的信息进行快速优化，以达到最佳的波前校正效果。这两种方法的结合使用，使得自适应光学系统在校正性能上达到了新的高度。 自适应光学技术在惯性约束聚变领域的最新进展表明，通过先进的波前控制技术和高性能的硬件设备，可以显著提升激光系统的性能，为实现高效稳定的ICF实验提供了强有力的技术支撑。随着技术的不断进步，未来在激光聚变研究中，自适应光学的应用将更加广泛和深入，为清洁能源的发展开辟新的道路。