慣性約束聚變激光驅(qū)動(dòng)器中的SRS及其抑制方法研究.pdf

1、目前，為實(shí)現(xiàn)慣性約束核聚變（Inertial Confinement Fusion, ICF）點(diǎn)火，國(guó)內(nèi)外激光驅(qū)動(dòng)器多采用將幾十甚至幾百路超大口徑（40cm左右）激光束進(jìn)行編組，以實(shí)現(xiàn)高能量激光脈沖對(duì)靶丸進(jìn)行均勻輻照。但是，隨著激光強(qiáng)度不斷提高，許多新的物理問題在驅(qū)動(dòng)器工程中不斷出現(xiàn)，給驅(qū)動(dòng)器的安全運(yùn)行與輸出水平提高帶來新挑戰(zhàn)。其中，在強(qiáng)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(yīng)，主要包括：強(qiáng)激光脈沖在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米甚至近百米編組站空氣管道內(nèi)傳輸時(shí)產(chǎn)生的受激轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)行三次諧波轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的橫向受激拉曼散射（Transverse Stimulated Raman Scattering, TSRS）。SRRS與TSRS一旦達(dá)到產(chǎn)生閾值就會(huì)以指數(shù)形式急劇放大，這將給激光驅(qū)動(dòng)

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(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角、損壞KDP晶體等，從而限制了ICF激光驅(qū)動(dòng)器的安全運(yùn)行與輸出水平提高，以致難以實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火。因此，如何有效抑制 SRRS與TSRS已經(jīng)成為ICF激光驅(qū)動(dòng)器研制領(lǐng)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(qū)動(dòng)器光路結(jié)構(gòu)與激光運(yùn)行條件，對(duì)SRRS與TSRS兩種非線性效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，闡明了相關(guān)物理機(jī)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(qū)動(dòng)器工程中SRRS與TSRS的閾值判斷、危害規(guī)避以及下一代ICF驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)提供理論支持與技術(shù)支撐。同時(shí)，針對(duì)當(dāng)前ICF激光驅(qū)動(dòng)器正向著各種寬帶技術(shù)快速發(fā)展的趨勢(shì)，論文重點(diǎn)對(duì)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(shù)情況下的SRRS與TSRS進(jìn)行了研

5、究與討論。
　　首先，基于ICF激光驅(qū)動(dòng)器目前設(shè)計(jì)需求與向?qū)拵Оl(fā)展的趨勢(shì)，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(jì)算模型，豐富與完善了SRRS與TSRS相關(guān)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(yán)重制約了ICF激光驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行光強(qiáng)與通量（光強(qiáng)對(duì)時(shí)間的積分），難

6、以滿足ICF點(diǎn)火需求；若增大激光帶寬（包括PPM、SSD與LC）SRRS與TSRS增益會(huì)減小，這主要是因?yàn)閷?duì)激光進(jìn)行帶寬調(diào)制不僅會(huì)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(chǎng)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(shì)。
　　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