黑腔中空间束匀滑光束成丝不稳定性的数值模拟北大核心CSCD

为深入研究黑腔内激光成丝不稳定性产生和发展,建立了空间束匀滑光束的传播模型,利用三维激光等离子体相互作用程序LAP3D模拟了黑腔物理条件下的大尺度成丝现象。模拟结果可正确描述成丝后光强的束发散现象及谱空间光强分布特征。从激光能量参数角度分析了导致成丝不稳定性发展的物理因素,并讨论了应用空间束匀滑技术抑制成丝不稳定性的局限性。研究表明:空间束匀滑光束发展成丝的能力取决于光斑内小焦斑的成丝表现,当具备成丝能力的小焦斑份额达到一定比例后,就会导致整个空间束匀滑光束成丝,因此对于光斑平均功率密度较高的光束,须考虑结合其他束匀滑手段来抑制成丝发展。     

黑腔中高斯型激光束偏折的模拟研究

利用三维激光等离子体相互作用流体程序LAP3D数值模拟研究了高斯光束在均匀等离子体传播过程中的激光束偏折现象,分别考察了激光强度变化和等离子体横向流的流速变化对束偏折的影响。模拟结果表明:当流速接近离子声速时,激光束偏折效应最明显,此时激光偏折程度与激光强度成正比;当流速逐渐小于离子声速时,激光束偏折行为受抑制逐渐减弱;而当流速逐渐大于离子声速时,激光光强包络的变化以衍射效应为主。     

神光Ⅲ原型背向散射光特性研究

为了验证束匀滑的物理效果并获得充气黑腔的辐射源特性,在神光Ⅲ原型装置上利用背向散射测量系统对束匀滑和充气条件下的散射光能量份额及光谱进行了测量。散射光能量测量结果表明:当前实验条件下,束匀滑可有效抑制背向散射光份额,散射光份额由无束匀滑时的25%~35%降为2%~4%,充气黑腔中受激拉曼散射光份额明显增加,由真空腔的2%~4%增大至10%~13%。光谱测量结果表明:束匀滑后等离子体状态更均匀,充气黑腔的受激拉曼散射在激光作用前期就开始显著产生,而在真空黑腔中主要产生于激光作用的后期。     

激光等离子体不稳定性及其抑制方案研究

受激拉曼散射、受激布里渊散射等激光等离子体不稳定性（LPI）是激光等离子体物理领域最重要的研究课题之一。特别是在激光驱动的惯性约束聚变中,LPI会造成相当份额的激光能量损失,破坏辐射对称性,产生的超热电子还会预热靶丸,进而影响压缩效率和聚变能量增益。近期,在美国国家点火装置上开展的实验表明对LPI物理过程的充分理解和有效控制对成功实现ICF点火至关重要。我们对近期LPI方面的一系列研究进展进行了简单介绍与讨论。首先,回顾了描述LPI过程的三波耦合理论,由此得出了LPI在线性阶段的增长率。接着讨论了一些复杂情景下的LPI物理过程,譬如LPI的非线性发展阶段、级联LPI、多光束LPI以及LPI间的非线性耦合。最后,着重介绍了一系列抑制LPI的技术方案,包括束匀滑技术、光束时域整形、宽带激光、偏振旋转激光以及外加磁场等。     

基于神光Ⅲ原型的背向散射实验技术研究

激光与等离子体相互作用研究是惯性约束聚变 (ICF) 研究中的重要研究内容. 为了定量研究神光III原型实验中激光与等离子体互作用产生的散射光能量和光谱, 研制了全孔径和近背向散射诊断系统, 并介绍了全孔径和近背反测量系统的光路结构. 对采用连续相位板技术后引起的激光焦斑变化进行了分析. 介绍了采用全孔径和近背向散射诊断系统在神光III原型上完成的考核束匀滑实验效果的实验, 对比了使用束匀滑前后背向散射系统获得的散射光份额和散射光谱分布. 实验发现, 在神光III原型使用800J能量 8束打靶的条件下, 使用束匀滑后背向散射光份额可以降低到5%以下, 其散射光谱也更加集中. 这些数据为黑腔能量学等研究的进一步发展起到重要的促进作用. 关键词： 激光散射 连续相位板 黑腔 光谱     

基于线性调频脉冲的光谱色散平滑技术实验研究

在激光驱动惯性约束聚变研究中,束靶高效耦合依赖于采用合适的束匀滑措施.目前,结合光谱色散平滑(smoothing by spectral dispersion,简称SSD)、相位板和光束叠加的技术是固体激光驱动器采用的主流束匀滑技术.瞄准间接驱动,实验研究了一套基于线性调频脉冲的SSD技术.在采用该技术后,远场色散方向上的高频调制得到了匀滑,色散后的近场也得到了匀滑.测量得到的光谱结构与理论模拟接近.该方法不需要相位调制器,而这类器件在传统SSD技术中是一个关键器件.     

用于高温等离子体电子密度测量的摩尔偏折仪

 摩尔偏折测量术通过测量探针光束经过不均匀介质后光线的偏折来估算介质的折射率。基于这一理论,研制了实用的摩尔偏折仪,利用软X射线激光作为探针来探测高温高密等离子体的电子密度,结合软X射线激光实验做了初步的演示。     

用于高温等离了体电子密度测量的摩尔偏折仪

摩尔偏折测量术通过测量探针光束经过不均匀介质后光线的偏折来估算介质的折射率。基于这一理论,研制了实用的摩尔偏折仪,利用软Ｘ射线激光作为探针来探测高温高密等离子体的电子密度,结合软Ｘ射线激光实验做了初步的演示。     

神光Ⅲ原型全孔径背向散射测量系统研制及应用

为了测量激光与等离子体相互作用产生的散射光份额,获得黑腔耦合效率实验中的激光注入率,研制了基于神光Ⅲ原型装置的全孔径背向散射测量系统。该系统利用聚焦透镜收集散射光,通过离轴抛物面镜进行缩束,并采用二向色镜将散射光分为两个支路后分别进行受激布里渊散射和受激拉曼散射光的能量、时间过程和光谱测量。实验测量了有、无束匀滑条件下的散射光份额。结果表明,在当前实验条件下,通过束匀滑可有效降低散射光份额,提高激光注入率。     

三维大尺度激光等离子体相互作用程序LAP3D在集束实验中的应用

针对多束激光组成一个集束情况下的受激布里渊散射(SBS)开展数值模拟研究。激光采用多种不同的束匀滑手段,模拟得到受激布里渊散射中的多种不同现象,包括散射光的原路返回、共用离子声波和共用散射光波,并针对这些现象给出物理解释,部分结果得到了实验验证。     

在等离子体中的简并四波混频——应用于等离子体诊断

所谓简并四波混频[1-3],是指频率相同的二束共线而相反方向传播的激光(第1,2光束)与另一束方向任意而频率相同的探测光(第3束),在具有三级极化率的介质中混频,从而产生频率相同的信号波(第4光束)。它与探测波共线而传播方向相反和相位互为共轭.如图1所示.简并四波混频在实时信息处理和象差补偿等的潜在的实用价值,使许多研究工作者在固体、液晶、金属蒸气和染料等各类介质中进行了广泛的研究[1-8]。 最近,Steel,Lam[9]和作者[10]首先计算了在等离子体中简并和二重简并四波混频的三级非线性极化率,并指出从红外至微波整个波段,等离子体是简…     

小宽带光谱色散匀滑光束传输特性研究

利用激光聚变研究中心自主开发的小宽带传输放大软件对小宽带光谱色散匀滑(SSD)光束进行具有"时间、空间、光谱分辨"的传输模拟,研究了SSD光束通过空间滤波器和自由空间的传输特性.给出了时间、空间、光谱的对应分布图,对比分析了SSD光束与非SSD光束的传输效应.研究结果对于合理设计SSD光束的发散角与空间滤波器小孔之间的匹配关系、选择适宜的调制频率,以及选择束匀滑色循环数等都有重要意义,同时对于光路设计特别是细光束自由传输距离的设计具有指导意义.     

kJ级宽带低相干激光驱动装置

激光等离子体相互作用的不稳定性将有望通过降低高功率激光装置输出光束的相干性得到大幅缓解。利用低相干光源作为种子源，采用钕玻璃放大介质，研制成功国际首台kJ级大带宽低相干激光装置，实现了带宽13 nm、能量960 J、脉宽3～10 ns可调，相干时间仅为300 fs的大能量光脉冲输出。输出脉冲光谱匀滑无纵模结构，且谱相位随机分布，可实现脉冲波形和光谱分布的无关联精密调控。该装置不仅成功演示验证了低相干激光驱动器的单元技术及系统集成技术，同时也为激光等离子体相互作用及高能量密度物理研究提供了全新的实验研究平台。     

激光直接加热自背光法辐射不透明度测量方法探索

本文提出一种基于单束激光直接加热多层平面靶开展 稠密等离子体辐射不透明度特性研究的靶物理设计并对其进行了实验验证. 在XG-II激光装置上, 采用三倍频束匀滑激光辐照Au/CH/Al/CH多层平面靶产生背光源和Al样品等离子体, 通过观测背光源经样品等离子体衰减后的透过谱得到样品等离子体的辐射吸收性质. 采用Multi-1D程序对激光加热多层靶进行了辐射流体力学数值模拟, 给出了样品等离子体状态及其时间演化过程. 利用细致谱项模型 (DTA) 对实验测量的Al等离子体吸收谱进行理论分析, 表明等离子体温度在20–70 eV之间, 该结果与辐射流体力学模拟结果基本一致. 关键词： 吸收光谱 自背光 激光等离子体     

神光Ⅲ原型装置的黑腔靶背向散射光测量技术

在惯性约束聚变研究中,为研究激光等离子体互作用产生的受激布里渊与受激拉曼散射光(SRS),基于神光Ⅲ原型装置利用新的背向散射诊断系统对真空黑腔靶与充气黑腔靶以及有无束匀滑效果情况下的散射光光谱进行了测量。实验发现,在相同条件下,充气黑腔靶SRS散射光比真空黑腔靶大,在终端光学组件中使用束匀滑效果后也能降低散射光。诊断系统记录的散射光强度及光谱的时间变化过程对研究激光等离子体相互作用提供了重要的数据支撑。     

基于宽带激光拍频的瞬时束匀滑技术

针对高功率激光装置对靶面辐照均匀性的需求,提出了一种基于宽带激光拍频的瞬时束匀滑技术。激光集束采用宽带激光,利用连续相位板对焦斑包络进行控制,并结合共轭螺旋相位板使得集束中各子束在焦平面处拍频产生旋转周期不同、位置各异的快速运动散斑。合理选择宽带光参数可使得散斑的旋转周期在皮秒至亚皮秒量级,从而达到瞬时匀滑焦斑的目的。通过建立基于宽带激光拍频的瞬时束匀滑技术物理模型,模拟分析了关键参数包括激光带宽和谱线类型对焦斑束匀滑特性的影响和规律,并与双频单色激光拍频技术作了比较分析。研究结果表明,通过合理选取光源谱线类型或增大激光带宽,所提技术可在降低系统要求的基础上增强对激光等离子体不稳定性的抑制,使焦斑实现瞬时匀滑并获得较好的均匀性。     

相对论强激光与近临界密度等离子体相互作用的质子成像

近临界密度是激光等离子体相互作用中能量吸收和高能电子产生的重要等离子体参数区间.利用激光加速产生的质子束作为电磁场探针,研究了超强激光与近临界密度等离子体相互作用产生的等离子体结构及其时间演化.实验发现,初始均匀分布的质子束穿过近临界密度等离子体后分裂为两个斑.两个质子束斑的间距随着作用时间先增大后减小.并且两个束斑呈不对称分布.分析认为,幅度约为10~9 V/m的不对称分布瞬变电场是产生质子束偏折和分裂的主要原因.粒子模拟的结果也验证了这一解释.该研究对激光尾场电子加速、离子加速、惯性约束聚变快点火方案研究等有一定的参考价值.     

强激光在等离子体中的传播特性

分别讨论了非相对论条件下短脉冲和长脉冲激光在完全电离的等离子体中的传播特性。短脉冲情况下，激光的有效瑞利长度会增加，但不会出现自导引；长脉冲激光的传播取决于激光功率和等离子体温度之比，当该比值超过一定阈值时会出现自导引现象，激光束被限制在一个相对稳定的通道内，其半径对光束的初始半径有很强的依赖性。     

强非局域非线性介质中拉盖尔-高斯型光孤子相互作用

利用强非局域非线性介质中傍轴光束传输的线性模型(修正的Snyder-Mitchell模型)讨论了两束共线(即光束中心和传输方向都相同)拉盖尔-高斯型光孤子的传输过程. 改变双光束的相对阶数和相对强度比,叠加光场在传输截面上的光强分布呈现出多样性,通过叠加的方法在该介质中产生了多环形光孤子. 一定条件下传输光束在传输过程中会出现旋转现象,叠加光场成为旋转光场,给出了旋转光束的旋转条件以及旋转速度. 进一步利用拉盖尔-高斯光束在传输过程中特有的螺旋相位特点分析了光场截面强度多样性产生的物理机理. 关键词： 强非局域非线性介质 拉盖尔-高斯型光孤子 共线传输 涡旋相位     

基于束间动态干涉的快速匀滑新方法

针对高功率激光装置中靶面辐照均匀性的高要求,提出了一种利用束间动态干涉改善辐照均匀性的快速匀滑方法.基本原理是利用共轭相位板阵列对存在一定波长差的多束激光附加相位调制,从而使各子束在远场两两相干叠加以产生动态的干涉图样,进而引起焦斑内部散斑的动态扫动,在ps时间内抹平不均匀性.以典型惯性约束聚变装置中的激光集束为例,通过建立基于束间动态干涉的快速匀滑物理模型,定量分析了相位板类型、相位调制幅度和束间波长差等因素对焦斑动态干涉图样的影响及规律,进而对其束匀滑特性进行了讨论.结果表明,基于束间动态干涉的快速匀滑方法可以有效地实现多方向、多维度的焦斑内部散斑快速扫动,且通过与传统束匀滑技术的联用,可以在更短的时间内达到更好的焦斑均匀性.