驱动激光束间相干性对背向散射影响的实验研究

论文摘要

20世纪60年代第一台红宝石激光器问世不久,激光惯性约束聚变（ICF）的实验研究便走进了人们的视线,它是利用激光直接或者间接作为驱动源,压缩氘氚燃料至极高密度,并使氘氚燃料局域形成高温高密度热斑,最终达到点火条件,实现自持燃烧,放出大量聚变能。激光等离子体相互作用是激光惯性约束聚变中一个十分复杂的过程,而受激布里渊散射（SBS）和受激拉曼散射（SRS）是其中倍受关注的两种参量不稳定性。首先,来自它们的背向散射,能将很大一部分入射激光的量以散射光的形式转移到腔靶外面,导致驱动激光能量利用效率大幅降低,不能满足内爆点火条件对能量的需求；其次,在伴随着SRS的过程会产生超热电子,这些超热电子具有很高的能量,会预热靶丸,使得对靶丸的进一步压缩难以进行,最终导致因达不到点火条件而失败。对于间接驱动ICF靶,因为入射激光经过填充的低密度气体时要穿越比较长的距离（几个毫米）,所以SRS和SBS不稳定性在空腔靶中得到特别关注。早有研究结果表明,SBS和SRS对驱动激光的辐照均匀性非常敏感,通过改善辐照均匀性能够有效地抑制这两种参量不稳定性的发展。本文主要以驱动激光束间相干性与SBS、SRS的关系为研究内容,阐述了SBS和SRS原理和机制,在“神光-Ⅱ”高功率激光装置上进行了实验研究,并对实验中获得的结果进行了分析处理,得出相应的结论。具体工作内容如下：1.利用“神光-Ⅱ”装置输出两路倍频激光（527nm,1ns,260J/束）,点聚焦辐照Au平面靶（厚6.17μm）、CRF气凝胶靶（p=475mg/cm3）。通过旋转倍频晶体来改变驱动激光的偏振方向,进而获得两种不同干涉程度的激光辐照条件。利用反射镜对散射光进行小口径取样,并建立起了针对背向散射光的测量系统,该系统将散射光中的SBS和SRS成分分离并分别进行测量,利用能量卡计获得它们的能量计数,并利用可见光范围的光栅谱仪对SRS时间积分光谱进行了测量。2.对实验获得的数据进行处理分析,发现了一些有规律的物理现象,结合与SBS、SRS相关的理论知识对其进行讨论和理解,得到这样的结论：肯定了“神光-Ⅱ”激光器输出各路激光之间的相干性,同时随着两束入射激光之间干涉程度的增加,背向散射呈现出明显的增强趋势。3.驱动激光束之间存在着相干性有助于理解最近NIF装置上进行的综合实验中背向散射能量远高于预期的实验结果,即在对每一束入射激光进行书匀滑处理后,多束激光再次叠加很可能重现严重的干涉现象。以极化束匀滑（PS）为例,对多光束下PS工作效率的下滑进行了分析。并建议在对每一束入射激光进行束匀滑处理的同时,还要考虑个光束之间可能存在的干涉关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 核聚变
• 1.1.1 人类未来的理想能源----核聚变能
• 1.1.2 惯性约束聚变（ICF）简介
• 1.2 激光等离子体相互作用与ICF
• 1.2.1 等离子体的基本性质
• 1.2.2 驱动激光的参数
• 1.2.3 参量不稳定性
• 1.3 国内外关于SBS和SRS背向散射研究进展
• 1.3.1 SBS与SRS背向散射与等离子体状态的关系
• 1.3.2 SBS与SRS在腔靶中的分布
• 1.3.3 背向散射的测量方法
• 1.3.4 背向散射与驱动激光功率密度的关系
• 1.3.5 小结
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 激光相干性与SBS、SRS物理基础
• 2.1 干涉理论
• 2.1.1 相干的条件
• 2.1.2 干涉条纹的对比度
• 2.1.3 时间相干性
• 2.1.4 空间相干性
• 2.1.5 “神光-Ⅱ”八路激光的相干性
• 2.2 受激布里渊散射（SRS）与受激拉曼散射（SBS）
• 2.2.1 受激布里渊散射（SBS）
• 2.2.2 受激拉曼散射（SRS）
• 2.3 抑制SBS和SRS的途径
• 2.3.1 实验用靶与SBS、SRS
• 2.3.2 束匀滑与SBS、SRS
• 2.4 小结
• 第三章 实验研究
• 3.1 实验研究的内容与意义
• 3.2 实验方案
• 3.2.1 对驱动激光相干性的测量
• 3.2.2 对背向散射光的测量
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 背向散射能量的测量结果
• 3.3.2 SRS光谱测量结果
• 3.3.3 气凝胶靶与金平面靶的比较
• 3.4 多光束下束匀滑技术的讨论
• 3.4.1 PS束匀滑与入射激光束数目的关系
• 3.4.2 SSD、RPP束匀滑与入射激光束数目的关系
• 3.4.3 关于降低多光束下相干性的几点思考
• 3.5 小结
• 第四章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录