大口徑非聚焦泵浦的受激布里淵散射閾值及脈沖壓縮研究.pdf

1、慣性約束核聚變（ICF,Inertial Confinement Fusion）是解決未來能源危機(jī)的重要途徑。為實(shí)現(xiàn)ICF聚變點(diǎn)火，提出了多種點(diǎn)火方案。其中沖擊點(diǎn)火是一種可以用現(xiàn)役激光驅(qū)動(dòng)器能量實(shí)現(xiàn)的新型點(diǎn)火方式，它的實(shí)現(xiàn)需要100kJ、200ps的激光脈沖。為了獲得這種高能量的百皮秒脈沖，采用傳統(tǒng)方法（如CPA、MOPA等）很難實(shí)現(xiàn)。基于受激布里淵散射（SBS,stimulated Brillouin scattering）效應(yīng)，利用

2、高能量納秒脈沖放大百皮秒脈沖，可以獲得很高的放大效率，這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，是產(chǎn)生ICF沖擊點(diǎn)火脈沖的有效途徑。布里淵放大效率隨泵浦光能量的增大而提高。但當(dāng)泵浦能量增大到一定程度，會(huì)產(chǎn)生自激的SBS，造成放大效率和信噪比的降低。因此，研究這種非聚焦情況下納秒脈沖的自激SBS閾值對(duì)面向ICF點(diǎn)火脈沖的布里淵放大器的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
　　本論文根據(jù)現(xiàn)役ICF激光驅(qū)動(dòng)器的輸出脈沖特性（3~5ns近平頂脈沖），以常用重氟碳液體材料（

3、FC-40、FC-770等）為非線性介質(zhì)，對(duì)大口徑激光非聚焦泵浦的SBS閾值及脈沖壓縮效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　首先，從描述SBS過程的耦合波方程出發(fā)，采用特征線的方法，建立數(shù)值計(jì)算模型。并利用此模型理論模擬了泵浦參數(shù)、介質(zhì)參數(shù)等對(duì)SBS閾值的影響，得出決定特定結(jié)構(gòu)中SBS閾值的關(guān)鍵因素。另外，在小信號(hào)近似條件下，推導(dǎo)出了描述瞬態(tài)SBS閾值的解析表達(dá)式。
　　其次，在非聚焦結(jié)構(gòu)中，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，提出了大口徑激光近場(chǎng)分布不

4、均勻的情況下評(píng)價(jià)SBS閾值的方法。引入“熱斑系數(shù)”的概念，指出非均勻激光近場(chǎng)作用下的SBS閾值為理想平面波泵浦的SBS閾值與此熱斑系數(shù)的比值。并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果符合得較好。
　　再次，研究了兩種提高SBS閾值注入能量的方案：（1）在百皮秒脈沖的布里淵放大裝置中，由于此種子光的存在，泵浦光的自激SBS閾值能量與無種子注入時(shí)相比有所提高，其作用機(jī)制是強(qiáng)種子光與自發(fā)散射光間的增益競(jìng)爭(zhēng)；（2）利用相位調(diào)制離散譜提高

5、SBS閾值能量能量，將單根光譜線分裂成多根光譜線，功率譜密度的降低，使SBS閾值能量得到提高。從理論上闡明了這種閾值能量提高方法的作用機(jī)制，研究了譜線間隔及相位調(diào)制深度對(duì)閾值能量提高倍數(shù)的影響，結(jié)果表明，當(dāng)譜線間隔大于介質(zhì)布里淵增益譜寬的5倍時(shí)，各譜線獨(dú)立激發(fā)SBS效應(yīng)，閾值能量由分立譜線中譜密度最大的頻譜成分決定；實(shí)驗(yàn)上以三等幅光譜線作為泵浦光源，開展了相關(guān)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果一致。
　　最后，提出了超高斯脈沖自泵浦SBS的