激光測(cè)控系統(tǒng)主要由激光參數(shù)測(cè)量、激光光路自動(dòng)準(zhǔn)直和激光總控制室三個(gè)子系統(tǒng)組成，是高功率激光驅(qū)動(dòng)器的重要組成部分。高功率激光驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)的所有性能指標(biāo)及重要數(shù)據(jù)幾乎都由激光測(cè)控系統(tǒng)在線提供。
1.激光參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)
激光參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)具體負(fù)責(zé)激光驅(qū)動(dòng)器參數(shù)采集與測(cè)量的系統(tǒng)。它主要由三個(gè)測(cè)量分支組成，即激光束的能量測(cè)量、激光束的空間分布測(cè)量、激光束的時(shí)間測(cè)量。這三個(gè)測(cè)量單元的數(shù)據(jù)，是一個(gè)激光系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)。它不僅僅是評(píng)估一個(gè)高功率激光裝置工作狀態(tài)、裝置能力與水平的重要依據(jù)，同時(shí)還為實(shí)驗(yàn)提供必不可少的物理數(shù)據(jù)。
（1）激光能量測(cè)量
激光能量測(cè)量是激光參數(shù)測(cè)量中一個(gè)最基本的單元。準(zhǔn)確測(cè)定打靶激光能量對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理具有非常重要的意義。激光能量測(cè)量研究分四個(gè)部分：
高靈敏、高性能體吸收激光能量計(jì)的研制；
高精度、高穩(wěn)定性放大顯示數(shù)據(jù)采集儀的研制；
激光能量測(cè)量取樣方式的選擇及提高測(cè)量精度的措施；
激光能量測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)分析處理。
在激光能量測(cè)量研究中，激光能量計(jì)(卡記)的研制是關(guān)鍵。激光能量計(jì)的原理是將被測(cè)的激光束照射到一種高靈敏度的吸收體上轉(zhuǎn)換成熱能，再通過(guò)電路設(shè)計(jì)將其真實(shí)地度量出來(lái)。
由于被測(cè)量的高功率激光為納秒級(jí)，激光作用于吸收體的時(shí)間非常短暫，能量微小，因此激光能量計(jì)的研制是一項(xiàng)很有難度的研究項(xiàng)目。測(cè)量科研人員經(jīng)過(guò)幾十年的刻苦鉆研，研制了多種型號(hào)與規(guī)格的激光能量計(jì)，經(jīng)中國(guó)計(jì)量院測(cè)試標(biāo)定，在靈敏度、均勻性、穩(wěn)定性等方面超過(guò)了原設(shè)計(jì)指標(biāo)，達(dá)到或超過(guò)美國(guó)阿波羅激光器公司制造的同類型激光能量計(jì)水平。
在為神光II裝置研制的Φ300mm大口徑能量計(jì)中，采用了有足夠吸收深度的中性離子著色玻璃作吸收體，提高了接受器的能量功率負(fù)載密度；采用新型的半導(dǎo)體熱電轉(zhuǎn)換元件，提高了能量計(jì)的響應(yīng)度；同時(shí)還采用了成對(duì)設(shè)計(jì)的熱電堆差分結(jié)構(gòu)和雙層熱屏蔽的隔離措施，解決了大口徑能量計(jì)的靈敏度與均勻性、靈敏度與穩(wěn)定性兩大矛盾，使研制的大口徑激光能量計(jì)性能優(yōu)良，其靈敏度比美國(guó)利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研制的同類型激光能量計(jì)的靈敏度高兩個(gè)量級(jí)。
（2）激光空間分布測(cè)量
激光空間分布測(cè)量是激光測(cè)量系統(tǒng)的一個(gè)重要分支，主要由激光束的近場(chǎng)分布和激光束的遠(yuǎn)場(chǎng)分布兩部分組成。
伴隨著激光科學(xué)的發(fā)展，激光束的空間分布越來(lái)越受到重視。在高功率激光的發(fā)展史上，激光束的空間分布研究是最重要的領(lǐng)域，它的水平在極大程度上決定了激光裝置的水平和規(guī)模。
在神光II裝置的成功研制中，激光光束空間分布診斷儀的研制是至關(guān)重要的一筆。由林尊琪院士創(chuàng)新設(shè)計(jì)的“三暗室小孔耦合激光近場(chǎng)診斷儀”和“激光遠(yuǎn)場(chǎng)診斷中二步法診斷六個(gè)數(shù)量級(jí)激光遠(yuǎn)場(chǎng)旁瓣強(qiáng)度分布技術(shù)”，不但完善了激光測(cè)控中，激光束空間分布的測(cè)量手段，而且還拓展了新的測(cè)量技術(shù)，使激光束的空間分布得到了更全面深入的展現(xiàn)。
《慧眼識(shí)光束——神光I、II激光束空間參數(shù)檢測(cè)回顧與展望》一文曾對(duì)激光束的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量進(jìn)行了細(xì)致的講解。
（3）激光時(shí)間特性測(cè)量
激光時(shí)間測(cè)量主要是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)神光II綜合裝置末級(jí)輸出的脈沖激光波形，各路激光打靶時(shí)同時(shí)到達(dá)靶心的激光時(shí)間同步測(cè)量，以及超短脈沖實(shí)驗(yàn)時(shí)的激光時(shí)間測(cè)量。
激光時(shí)間波形是指激光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的形態(tài)，是物理模擬計(jì)算的一個(gè)重要參數(shù)。在高功率激光系統(tǒng)中，激光時(shí)間測(cè)量主要分為ns級(jí)測(cè)量和超短時(shí)間ps測(cè)量。
在ns級(jí)激光系統(tǒng)中，主要采用快響應(yīng)光電探頭和快響應(yīng)示波器組成的測(cè)試系統(tǒng)，由于快響應(yīng)光電管具有上升快(60 ps)下沿降(55 ps)，對(duì)基頻、二倍頻及三倍頻波段都有響應(yīng)，因此它和快響應(yīng)示波器組成的測(cè)量系統(tǒng)已成為高功率激光裝置的標(biāo)配，使用該脈沖時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)其波形測(cè)量的測(cè)量精度優(yōu)于10％。
在超短脈沖激光時(shí)間波形測(cè)量中，皮秒級(jí)的測(cè)量一般采用條紋相機(jī)測(cè)量(時(shí)間分辨率約2個(gè)皮秒)，而飛秒級(jí)需采用自相關(guān)技術(shù)測(cè)量。
激光時(shí)間同步(等光程)測(cè)量，是指多束激光同步到達(dá)靶點(diǎn)的時(shí)間測(cè)量，是激光束靶面功率平衡的重要保證。據(jù)物理計(jì)算，若兩束光同步時(shí)間差25 ps則將導(dǎo)致10％功率不平衡。而功率平衡對(duì)于實(shí)現(xiàn)多束激光對(duì)靶的均勻壓縮極為重要。美國(guó)LLNL實(shí)驗(yàn)室的同步精度要求為10 ps。
聯(lián)合室的神光II綜合裝置的時(shí)間同步精度為10 ps，如果選用紅外條紋相機(jī)協(xié)助精調(diào)和控制，同步精度還能提高。2000年4月，在神光II裝置首輪直接驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，最高獲得中子產(chǎn)額3.9×109，是國(guó)際同類裝置的最高水平，當(dāng)時(shí)測(cè)得的時(shí)間同步精度為6 ps。
在激光時(shí)間測(cè)量中，具有鮮明時(shí)間特征的脈沖激光信噪比測(cè)量也是主激光輸出重要參數(shù)之一。脈沖激光的信噪比是指主激光脈沖與其之前的小脈沖(或稱予脈沖)所對(duì)應(yīng)的能量比。它是衡量激光脈沖質(zhì)量的參數(shù)。信噪比測(cè)量的精度主要取決于準(zhǔn)確判讀噪聲出現(xiàn)的時(shí)間位置，聯(lián)合室自主研發(fā)的光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)解決了這一難題。
圍繞高能激光拍瓦系統(tǒng)所展開(kāi)的皮秒級(jí)激光參數(shù)測(cè)量，是測(cè)控組工作的另一重點(diǎn)。在青年科研人員的刻苦鉆研下，并通過(guò)與上海交通大學(xué)等單位的合作，測(cè)控組已成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)拍瓦激光系統(tǒng)這一全新領(lǐng)域的激光參數(shù)測(cè)量，有些測(cè)試技術(shù)與結(jié)果已在國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議和國(guó)外重要的學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表。2016年又取得了拍瓦系統(tǒng)信噪比108的測(cè)量結(jié)果，使實(shí)驗(yàn)室在該領(lǐng)域的工作達(dá)到世界一流水平。
2.光路自動(dòng)準(zhǔn)直系統(tǒng)
光路自動(dòng)準(zhǔn)直系統(tǒng)是所有大型高功率激光裝置必不可少的組成部分。激光束的光路自動(dòng)準(zhǔn)直是任何激光裝置在打靶實(shí)驗(yàn)前必須運(yùn)行的重要工作環(huán)節(jié)。
激光裝置對(duì)于光路自動(dòng)準(zhǔn)直的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求主要包含有調(diào)整精度和調(diào)整時(shí)間的指標(biāo)要求。調(diào)整精度包括光束遠(yuǎn)場(chǎng)的角度指向調(diào)整精度即角移精度，光束近場(chǎng)的中心平移調(diào)整精度即平移精度，光束近場(chǎng)方位旋轉(zhuǎn)調(diào)整精度即旋轉(zhuǎn)精度。
在當(dāng)時(shí)的神光I裝置上，激光系統(tǒng)的光路調(diào)試主要依賴于人工調(diào)試，科研人員要將激光振蕩器輸出的種子光源，沿著一條上百米的光路，準(zhǔn)確通過(guò)每個(gè)光學(xué)元件的中心，最終到達(dá)靶室并精準(zhǔn)地聚焦在靶丸上。這里的工作量、所需時(shí)間以及決定于人眼判定的準(zhǔn)直精度，都無(wú)法滿足更大裝置的實(shí)驗(yàn)要求。
在神光II裝置的研制中，激光光路自動(dòng)準(zhǔn)直系統(tǒng)的研發(fā)得到了高度的重視。由陳慶浩負(fù)責(zé)的準(zhǔn)直課題，在學(xué)習(xí)吸收國(guó)內(nèi)外成熟的經(jīng)驗(yàn)后，根據(jù)神光II裝置的要求，創(chuàng)新出“光路自動(dòng)準(zhǔn)直系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)校正、黑白對(duì)中校正、小步疊代調(diào)整技術(shù)”。從而使八束激光系統(tǒng)的自動(dòng)準(zhǔn)直時(shí)間僅需15分鐘，而由計(jì)算機(jī)自動(dòng)定位的精度也大大優(yōu)于人為定位的精度。為神光II裝置15年來(lái)的高效穩(wěn)定的運(yùn)行作出了重要的貢獻(xiàn)。
3.集中控制系統(tǒng)
神光II綜合裝置集中控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)裝置運(yùn)行高度自動(dòng)化、管理電子化，全方位提高裝置運(yùn)行的效率和水平，更好地服務(wù)于客戶對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的需求。集中控制系統(tǒng)需集成神光II綜合裝置各分系統(tǒng)，完成裝置運(yùn)行、維護(hù)所需的數(shù)據(jù)采集、分析、管理、控制和監(jiān)測(cè)等功能，實(shí)現(xiàn)新、老裝置在同一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下混合運(yùn)行。
集中控制系統(tǒng)的主要研發(fā)內(nèi)容是：
研制能源終端控制系統(tǒng)
新增激光參數(shù)的采集、存儲(chǔ)
同步單元的遠(yuǎn)程控制管理、實(shí)現(xiàn)同步參數(shù)的遠(yuǎn)程修改和每實(shí)驗(yàn)發(fā)次的同步參數(shù)存儲(chǔ)
管理信息系統(tǒng)的擴(kuò)充和設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的擴(kuò)充設(shè)計(jì)
在完善各分系統(tǒng)終端控制軟件的基礎(chǔ)上，開(kāi)展中央控制軟件系統(tǒng)的研制
隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，新的全集成自動(dòng)化將采用一種系統(tǒng)完成原來(lái)由多種系統(tǒng)搭配組合才能完成的所有功能。
應(yīng)用這種解決方案，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少大量接口部件，克服上位機(jī)和工業(yè)控制器之間、連續(xù)控制和邏輯控制之間、集中與分散之間的界限。同時(shí)，全集成自動(dòng)化解決方案還可以為所有的自動(dòng)化應(yīng)用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境，主要包括：統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)一的通訊方式、統(tǒng)一的組態(tài)和編程軟件及軟件質(zhì)量控制。最終將通過(guò)幾位操作員在總控制室指揮控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
聯(lián)合室的前身，是鄧錫銘先生領(lǐng)導(dǎo)的上海光機(jī)所高功率激光研究室，是中國(guó)高功率激光的發(fā)源地。激光參數(shù)測(cè)量技術(shù)正是在這塊土地上成長(zhǎng)起來(lái)的。30年來(lái)，伴隨著一代代高功率激光裝置的研制，作為高功率激光重要單元技術(shù)的激光測(cè)控也得到了快速的發(fā)展。我們要努力傳承前輩們的優(yōu)良傳統(tǒng)，學(xué)習(xí)前輩們潛心科研、無(wú)私奉獻(xiàn)的精神和品格，將我們的工作做得更好。
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