中国成功研制高速高精度激光散射仪 预警时间减半指标翻倍
发布时间：2019-06-26
中国科学院空天信息研究院(中科院空天院)24日发布消息说，在国家重大科研装备研制项目“高功率纳秒激光器及精密探测仪器研制”支持下，该院和中国科学技术大学等单位联合研制出高速高精度激光汤姆逊散射仪。
最新研制成功的该散射仪式今年5月在“科大一环”磁约束聚变等离子体装置开展实验中，基于重复频率200赫兹、单脉冲能量5焦耳的激光脉冲，实现了小于5电子伏特的电子温度测量精度，电子温度安全预警时间间隔达5毫秒，所获预警时间是国际同类系统的一半，指标提高一倍。业内专家称，这标志着中国在高速高精度激光散射仪领域进入国际领先水平行列，为中国未来磁约束聚变能装置的高精度测量奠定了坚实基础。
据介绍，在磁约束聚变反应装置工作过程中，基于高频高能激光的汤姆逊散射测量是精确测量等离子体电子温度的唯一可靠测量手段，激光的工作频率决定了温度预警的采样时间间隔，间隔越小系统预警越及时，装置运行安全系数越高。限于激光器能量和频率水平，中国以往等离子体温度诊断采用数十赫兹的低频激光器，采样间隔宽，遇到紧急情况无法及时预警，导致装置运行存在巨大风险。
为此，中科院空天院2015年起联合中科院光电技术研究所和同济大学等单位，历时3年突破了高能量高光束质量激光传输与放大、激光相位共轭波前畸变校正、大口径/大尺寸激光放大模块、大功率脉冲激光驱动电源等关键技术，于2017年4月在国际上首次发布重复频率200赫兹、脉冲能量5焦耳、脉冲宽度6.6纳秒、光束质量1.7倍衍射极限的高频高能激光指标，将中国纳秒脉宽激光器的功率水平提高了1个数量级，同时研发出基本完善的工艺流程，核心器件/部件实现国产化，形成整机工程化制造能力。中国科学技术大学则以200赫兹/5焦耳激光器为光源，攻克了大功率激光传输系统综合降噪、收集光学精准对焦、弱光信号探测提取等难题，研制成功中国迄今精度最高的激光汤姆逊散射检测系统。
中科院空天院透露，研究团队后续还将开展更高功率、更高频率激光器研发和更高精度的诊断实验，计划将激光器工作频率提高至500赫兹，检测系统提供2毫秒的安全预警时间间隔和1电子伏特的电子温度测量精度，为下一代磁约束聚变装置安全运行提供高速预警手段。
