惯性约束聚变(ICF)研究是当今科学技术研究的一项重要领域,对于新型能源的开发具有深远的科学意义和重要的应用价值。 用于惯性约束聚变研究的新一代高功率激光驱动器是运行在高功率、高负载条件下的大型复杂激光装置,其结构复杂、规模庞大、建造费用高昂,且建造过程涉及一系列多学科物理、技术和工程问题。在高功率激光驱动器的建造过程中进行系统优化设计,对于提高装置总体性能价格比,平衡工程难度,降低工程建造风险具有重要的意义。 在此研究背景下,本论文系统研究了高功率激光装置的优化设计方法,重点讨论了激光放大系统的构型设计优化,并在优化设计需求牵引下,建立了我国第一套高功率激光装置综合评估体系,从理论上科学、合理地比较了各设计方案的特点,为最终总体技术方案的确立提供了必需的评判标准和依据。本论文工作是高功率固体激光装置总体技术研究的重要组成部分,以我国在建的神光Ⅲ激光装置设计建造为依托,开展了一系列的研究工作,主要研究内容及成果包括以下部分: 1.详细讨论了高功率固体激光装置优化设计过程中的基本科学理论及技术问题。重点分析了钕玻璃固体激光放大器的工作原理及放大理论。本着优化设计、提高系统性能价格比的总体目标,讨论了影响系统能量转换效率的三个主要环节,即激光放大器的储能效率、激光放大器储能的提取效率及三倍频能量转换效率等,并分析了各环节的影响因素。分析了优化设计所要考虑的边界条件:一是装置在短脉冲(≤1ns)运行条件的B积分限制,即装置的功率受限条件;二是装置在长脉冲(>3ns)运行条件下的光学元件的损伤阈值,即装置的能量受限条件。研究了影响系统输出能力的激光材料增益饱和特性。以上各项研究内容为下一步的优化设计提供了理论基础。 2.由于高功率激光装置主放大级的总体技术方案基本决定了整个激光装置设计优化的总体技术方案,因此本文将主放大级的设计优化研究作为讨论重点。在主放大级的设计构型中,多程放大构型是提高系统效率、降低装置成本的最为有效的一种方案,目前已被广泛地应用于大型高功率激光装置的主放大级构