慣性約束聚變激光驅動器中的SRS及其抑制方法研究.pdf

1、目前，為實現(xiàn)慣性約束核聚變（Inertial Confinement Fusion, ICF）點火，國內(nèi)外激光驅動器多采用將幾十甚至幾百路超大口徑（40cm左右）激光束進行編組，以實現(xiàn)高能量激光脈沖對靶丸進行均勻輻照。但是，隨著激光強度不斷提高，許多新的物理問題在驅動器工程中不斷出現(xiàn)，給驅動器的安全運行與輸出水平提高帶來新挑戰(zhàn)。其中，在強激光傳輸方面最具代表性的就是受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering,

2、SRS）效應，主要包括：強激光脈沖在長達數(shù)十米甚至近百米編組站空氣管道內(nèi)傳輸時產(chǎn)生的受激轉動拉曼散射（Stimulated Rotational Raman Scattering, SRRS）；大口徑激光束在大口徑三倍頻晶體 KDP中進行三次諧波轉換時產(chǎn)生的橫向受激拉曼散射（Transverse Stimulated Raman Scattering, TSRS）。SRRS與TSRS一旦達到產(chǎn)生閾值就會以指數(shù)形式急劇放大，這將給激光驅動

3、器造成極大危害，如損耗激光能量、降低光束質(zhì)量、增大光束遠場發(fā)散角、損壞KDP晶體等，從而限制了ICF激光驅動器的安全運行與輸出水平提高，以致難以實現(xiàn)聚變點火。因此，如何有效抑制 SRRS與TSRS已經(jīng)成為ICF激光驅動器研制領域亟待解決的重要問題之一。
　　本論文根據(jù)現(xiàn)役 ICF激光驅動器光路結構與激光運行條件，對SRRS與TSRS兩種非線性效應進行了系統(tǒng)研究，闡明了相關物理機理與變化規(guī)律，并提出了若干 SRRS與TSRS抑制方法

4、，旨在為激光驅動器工程中SRRS與TSRS的閾值判斷、危害規(guī)避以及下一代ICF驅動器設計提供理論支持與技術支撐。同時，針對當前ICF激光驅動器正向著各種寬帶技術快速發(fā)展的趨勢，論文重點對純相位調(diào)制（Pure Phase Modulation, PPM）、光譜色散勻滑（Smoothing by Spectral Dispersion, SSD）與線性啁啾（Linear Chirp, LC）三種主流寬帶技術情況下的SRRS與TSRS進行了研

5、究與討論。
　　首先，基于ICF激光驅動器目前設計需求與向寬帶發(fā)展的趨勢，從SRS耦合波方程組出發(fā)，分別建立了適用于窄帶（單色或單縱模）與寬帶（PPM、SSD與LC）情況下的SRRS與TSRS計算模型，豐富與完善了SRRS與TSRS相關理論。
　　其次，利用上述模型分別研究了窄帶與寬帶激光脈沖的SRRS與TSRS過程。研究指出：窄帶情況下SRRS與TSRS已經(jīng)嚴重制約了ICF激光驅動器的運行光強與通量（光強對時間的積分），難

6、以滿足ICF點火需求；若增大激光帶寬（包括PPM、SSD與LC）SRRS與TSRS增益會減小，這主要是因為對激光進行帶寬調(diào)制不僅會破壞 SRRS與TSRS過程中的相位鎖定條件還有可能減小激光近場通量調(diào)制度；隨相位調(diào)制參數(shù)與啁啾參數(shù)增大，SRRS與TSRS增益雖然在有些情況下并非單調(diào)變化但整體呈減小趨勢。
　　最后，根據(jù)SRRS與TSRS放大過程中的相干、頻譜、偏振、相位等特性，分別提出了退相干、二色膜濾波、偏振分光、脈沖堆積等若干