我国成功研制高速高精度激光汤姆逊散射仪

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人民网北京6月24日电(记者赵朱庆)记者从中国科学院获悉，最近，在国家重大科研设备研究项目“大功率纳秒激光及精密检测仪器的研制”的资助下，中国科学院空天信息研究所和中国科技大学联合研制了一种高速、高精度激光汤姆逊散射仪。

今年5月，在HKUST一环路磁约束聚变等离子体装置实验中，基于重复频率为200赫兹、单脉冲能量为5焦耳的激光脉冲，实现了小于5电子伏的电子测温精度，电子温度安全预警时间间隔为5毫秒，预警时间为国际同类系统的一半，指标提高了一倍。这表明中国已经进入了该领域的国际领先水平，为中国未来磁约束聚变能器件的高精度测量奠定了坚实的基础。

在磁约束聚变反应装置的工作过程中，偏滤器将承受巨大的能量释放，因此有必要对等离子体电子温度进行预警和实时反馈控制，从而实现离靶，避免等离子体对反应堆壁造成的灾难性后果。基于高频高能激光的汤姆逊散射测量是准确测量等离子体电子温度唯一可靠的测量方法。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，设备运行的安全系数越高。由于受激光能量和频率水平的限制，我国等离子体温度诊断过去采用的是几十赫兹的低频激光，采样间隔较宽，在紧急情况下无法给出预警，给设备的运行带来很大的风险。虽然多低频激光组合技术可以满足预警时间间隔的要求，但这种方法的可靠性大大降低。欧洲和日本已经掌握了工作频率为100赫兹的高能激光技术，预警时间间隔达到10毫秒，但这一预警时间间隔仍然很长，不能完全保证装置的安全运行。

自2015年以来，空日化信息研究所与中国科学院光电技术研究所、同济大学共同突破了高能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。2017年4月，国际上首次发布了重复频率为200赫兹、脉冲能量为5焦耳、脉冲宽度为6.6纳秒、光束质量为衍射极限1.7倍的高频高能激光器指标，将我国纳秒脉冲宽度激光器的功率水平提高了一个数量级。研究团队开发了一个基本完善的工艺流程，核心设备/部件实现了本地化，从而形成了整机的工程制造能力。中国科技大学以200 Hz /5焦耳激光为光源，成功研制了国内最高精度的激光汤姆逊散射检测系统，解决了大功率激光传输系统中的综合降噪、光学精密聚焦和弱光信号检测提取等问题。

该研究团队将在未来开展更高功率和更高频率激光器以及更高精度诊断实验的研发。计划将激光器的工作频率提高到500赫兹。该探测系统将提供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，这将为下一代磁约束聚变装置的安全运行提供高速预警手段。

来源：搜狐微门户