高功率激光放大器系统可靠性研究

杨  东  贺少勃  陈远彬  刘  勇  刘建国

自激光惯性约束聚变概念提出以来，世界各国相继开展高功率固体激光技术的研究。高功率固体激光装置是实验室中能够创造高温和高压物态条件的最佳技术途径之一。美国国家点火装置的建设目的是提供一个有能力完成聚变点火的地面实验装置，同时完成武器效果模拟，以及促进惯性聚变能和高能密度物理的发展。为了达到这一目标，NIF将动用192束氙灯泵浦的钕玻璃激光装置，它可以将波长351 nm，能量1.8 MJ，功率600 TW的脉冲传送至靶面上。法国的CEA也是兆焦级激光装置，含有240束激光，类似于美国的NIF装置，但规模要大25%。“神光”–Ⅲ装置是我国正在设计的48束激光装置，其设计输出能力和上述两个装置相当。如此规模的激光装置必然涵盖相当多的学科和技术，它们元件众多，结构复杂。因此，系统可靠性和稳定性是大型激光装置必须解决的重要问题之一。

整理并分析了4×2×3片状放大器和原型装置片状放大器运行的实验数据，建立了相应单元器件(大尺寸脉冲氙灯,电容器等)的可靠性数据库。利用可靠性分析软件初步完成了放大器系统的故障模式影响及危害性分析(FMECA)和故障树分析(FAT)。

放大器可靠性指标体系是原型装置开展可靠性分析与评价工作的基础。本文初步建立了可靠性判据(指标模型)，按指标体系应遵循的原则，先给出了原型装置放大器故障的概念，在此基础上分别对能表征原型装置放大器可靠性特性的若干可靠性指标的定义和评价方法进行论述，并选取其中的可靠度、可用度、工作寿命、平均无故障打靶次数、可靠寿命、平均修复时间六项指标组成了放大器可靠性指标体系，作为放大器可靠性水平的定量指标，并在原型装置放大器上得到验证。