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惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)是当今国际上的重大前沿基础科研领域,它对于开发、利用新能源,解决地球日益严重的能源危机以及国防科技都具有深远的科学意义和重要的应用价值。其中,作为驱动器的高功率激光放大系统对于惯性约束聚变的实验研究起着关键的作用,而片状放大器是主放大级最重要的单元器件。它不仅占总工程造价的很大比例(≥40%),而且对系统的总体性能有着重要影响,其性能的好坏直接影响装置的输出能量和功率,而这两项指标是衡量装置性能的重要指标。
此外,随着ICF的飞速发展,高功率激光装置规模越来越庞大,器件结构也越来越复杂,而且有着极为苛刻的时间和经济因素的制约,在这种全新的环境中传统的工程设计已不堪重负;另外,装置的日常安装、维护、更换成为一个突出的工作内容。传统的片状放大器组件是采用一体式整体框架结构,结构复杂,安装维护困难,无法实现装置的高效运行。采用模块化技术的片状放大器组件可以有效解决上述问题,选取合理的模块构型作为最基本的单元,某个模块出现问题,替换该模块即可,提供方便的安装维护。
本文对片状放大器组件进行模块化研究,主要内容包括:
1、针对片状放大器组件的结构特点和发展趋势,讨论了片状放大器组件实施模块化技术的可行性和必要性,提出以模块化设计为核心的设计思路。
2、片状放大器模块化设计与传统模块化设计的不同,片状放大器模块化设计更侧重于实现便捷维护和快速更换;根据片状放大器的结构特征,提出片状放大器模块化方案,包括4×2×1主框架模块、片箱模块、灯箱模块、端镜模块等。
3、片状放大器模块化设计系统中有一个重要组成部分——安装定位精度分析模块,从动态的角度——运动学定位支承原理上来归纳总结片状放大器片箱模块的安装定位方式。
4、成组技术和CAD在片状放大器模块化设计中的应用,根据片状放大器结构特点,分模块化进行编码,组成片状放大器模块化编码系统;提出适合片状放大器的CAD模块化设计系统,该系统包括会话子系统、分析子系统、数据管理子系统和图形子系统。
5、片状放大器的模块化设计在超净装校和日常维护中具有重要意义,不但可以有效的减少日常维护的工作量,还可以实现模块的快速更换,提高装置的运行效率。介绍了片状放大器超净装校的作用,提出片状放大器超净装校特种工艺技术方案,以及装校和检测当中的几个关键问题,最后介绍了片状放大器日常维护和故障检修的情况。限于时间和精力的限制,本文主要着重于框架和概念设计,比较全面的论述了片状放大器模块化方案和模块化设计系统,并对其中一些核心技术进行了深入研究和探讨,对中国片状放大器的研制具有较强的参考意义。