黑腔等离子体中SRS与SBS过程的散射光谱分析

针对惯性约束聚变中激光通过等离子体时,在光路上激发的受激Raman散射(SRS)与受激Brillouin散射(SBS)过程进行了研究。介绍了用于分析两种不稳定性过程背向散射光谱特征的程序模型,数值模拟了不同等离子体状态参数条件下的SRS与SBS过程,讨论了黑腔内等离子体参数条件对两种不稳定性过程及其散射光谱特征的影响,提出了有益于抑制两种不稳定过程的等离子体参数条件。     

受激布里渊散射的非线性增强和饱和

针对典型激光聚变等离子体参数条件，利用弗拉索夫程序研究非均匀流等离子体中受激布里渊散射的非线性行为。在动理学效应占主导的参数区域，观察到受激布里渊散射激发的离子声波由于非线性动理学频移和非均匀流空间失谐相互补偿引起的离子声波自共振增长，这会导致受激布里渊水平量级的增强；提出用光束时间去相干抑制这种绝对增长。在流体非线性占主导的参数区域，观察到由于离子声波谐波导致的孤立波产生、离子加热以及受激布里渊散射饱和现象。     

激光等离子体受激散射的线性理论研究

利用包含两种阻尼(Landau阻尼和碰撞阻尼)成分的受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射线性分析程序LIP,在给定的等离子体状态下分析了阻尼成分、激光强度以及等离子体组分对点火尺度等离子体中受激散射不稳定性发展的影响.详细评估了碰撞阻尼的效应,发现碰撞阻尼在接近1/4临界密度处能有效抑制受激散射的增长,从而造成SRS光谱上的"缝"现象.同时,电子温度的升高会在特定的密度区域促进SRS的发展.研究结果可为点火实验的设计提供参考.     

受激散射过程理论模型的发展与应用

在激光间接驱动的惯性约束聚变（ICF）中,高强度激光与低密度等离子体发生相互作用,会激发两种受激散射过程:受激布里渊散射和受激拉曼散射。它们会损失激光能量、破坏辐射场对称性、产生超热电子,从而危害聚变点火过程。因此,理解受激散射的物理过程并找到抑制其发展的有效方法,是ICF研究中重点关注的问题。介绍了中国激光聚变研究团队为研究受激散射过程而发展的多个理论模型,以及这些模型在实验数据分析中的具体应用。这些理论模型与实验研究一起,为提升受激散射过程的物理理解发挥了重要作用。     

小能量激光等离子体的受激Raman散射

研究了激光平面靶耦合时受激Raman散射(SRS)的时间分辨光谱-在小能量激光入射平面靶时，SRS主要受激光等离子体电子密度分布的影响-在激光靶耦合初期，等离子体电子密度呈指数分布，SRS因对流阈值较高而被抑制，耦合后期平面靶被烧穿后，等离子体电子密度呈高斯分布，SRS就在均匀密度处绝对增长起来-多种材料构成的靶以及成丝存在，加剧了等离子体电子密度平台的出现，也增加了SRS光的发射- 关键词：     

激光等离子体相互作用的受激拉曼散射饱和效应

在激光等离子体相互作用过程中,受激拉曼散射（SRS）会通过Langmuir波衰减不稳定性（LDI）和电子俘获两种机理饱和.文章给出均匀一维等离子体和低强度非相对论激光作用中,LDI和电子俘获两种机理下的SRS饱和时间的解析表达式.SRS饱和时间与入射激光强度,电子密度,电子温度,初始电子密度微扰等参数有关.解析理论计算得到了与模拟和实验相符的结果. 关键词： 受激拉曼散射 饱和 Langmuir波衰变不稳定性（LDI） 电子俘获     

宽带KrF激光抽运的受激布里渊散射反射率研究

实验上研究了宽带KrF激光抽运的受激布里渊散射(SBS)随抽运功率密度、介质气压和透镜焦距这三个实验参数的变化规律.在较低的抽运功率密度情况下，SBS反射率随抽运功率密度呈非线性增长；当抽运功率密度提高到一定程度，SBS反射率接近饱和；当功率密度继续增大，SBS 反射率随之下降.介质气压提高能够促进SBS的转换.透镜焦距长度的变化使SBS饱和反射率存在一峰值.理论上建立了宽带多模SBS模型，数值模拟结果与实验结果符合得很好，解释了宽带SBS反射率对实验参数的变化规律. 关键词： 宽带 KrF激光 受激布里渊散射(SBS) 反射率     

多色非相干光入射ICF黑腔受激布里渊散射分析

为研究多色非相干激光入射ICF黑腔的受激布里渊散射（SBS）和受激拉曼散射（SRS）发展情况,建立了一维受激散射稳态谱分析模型,并发展了相应的数值模拟程序。分析了不同频率激光激发的受激散射光通过共用等离子体波耦合的物理图像以及影响背散光谱的物理因素。针对波长差0.3 nm的等强度双色光入射封底金腔的SBS进行了模拟分析,结果表明:采用双色光有效抑制了SBS;SBS光谱劈裂成间距为0.3 nm的两个峰;波长较长的入射光对应的SBS光获得了较大的增益;如果固定激光总强度和总带宽,则存在抑制SBS的最优光束数目。     

受激喇曼散射中三波相位的时间发展对振幅的影响

一、引 言 近年来,等离子体中的受激喇曼散射引起人们广泛注意。我们知道,在激光聚变实验中,由于受激喇曼散射而导致的高能电子会预热靶心,从而大大地减小激光对靶的压缩效率。此外,在实现激光加速带电粒子的众多方案中被认为是最有前途的等离子体拍频波加速器(Plasma Beat-Wave Accelerator)。其物理机制也正是均匀等离子体中的前向喇曼散     

强度调制宽带激光对受激拉曼散射动理学爆发的抑制

激光等离子体不稳定性是困扰惯性约束聚变的难题之一.宽带激光作为抑制激光等离子体不稳定性的有效手段,近年来受到广泛关注.然而,宽带激光在动理学区域驱动的受激拉曼散射等高频不稳定性存在非线性爆发,使抑制效果不及预期.本文提出一种外加强度调制的宽带激光模型.通过选择适当的强度调制包络,能够打断背散光在强脉冲中的放大过程,降低高强度脉冲诱发剧烈爆发的概率,并大幅减少背散光份额和热电子产额.数值模拟表明,强度调制激光对受激拉曼散射具有较好的抑制能力.对于平均功率为1.0×10¹⁵W/cm²,带宽为0.6%的二倍频宽带激光,使用强度调制技术后,反射率下降了1个数量级, 20 keV以上热电子能量份额也由7.34%下降至0.31%.上述研究证实了使用强度调制宽带激光抑制高频不稳定性的可行性,并有望为后续宽带激光驱动聚变实验设计提供参考.     

掺杂材料对激光等离子体受激布里渊散射的影响

研究了激光等离子体背向受激布里渊散射光谱及反射率。当小能量短脉冲激光入射平面靶时，激光等离子体发展不充分，受激布里渊散射光谱结构相似，受激布里渊散射的增长主要受等离于体尺度的影响，随靶材料的有效原子序数的增加，等离子体尺度变小，受激布里渊散射反射率减少。     

KrF激光受激布里渊散射反射率稳定性的研究

实验研究发现抽运功率密度（或抽运能量）的波动引起的受激布里渊散射(SBS)反射率的不稳定程度受实验参数（抽运能量、介质气压和透镜焦距）的影响.当抽运能量、介质气压和透镜焦距这三个参数同时满足下列条件时可以获得稳定的输出：抽运能量超过5倍的SBS阈值，介质气压在16×105Pa和透镜焦距在15—50cm的范围内；同时还发现当改变实验参数时SBS反射率与稳定性的变化规律完全一致，反射率越高稳定性越好.通过理论分析得到 SBS反射率的相对稳定度实际上是受GIL因子的影响，理论计算与实验符合得很好. 关键词： KrF激光 受激布里渊散射 反射率 稳定度     

三倍频Nd∶YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd∶YAG激光(355 nm)在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)的实验研究。在宽带(约1 cm-1)抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22%和8%。在窄带(约0.003 cm-1)模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67%。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1.5 ns和2.3 ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。     

横向受激布里渊散射的抑制

 从非线性光学的耦合波理论出发，结合流体力学的连续性方程，建立了光学元件中窄带泵浦的横向受激布里渊散射的二维理论模型，并在此基础上，利用数值模拟考察泵浦光带宽增加对受激散射过程的影响。研究表明:在一定的条件下，当泵浦光带宽略大于布里渊线宽时，受激散射过程的Stokes增益将显著降低；带宽越大，Stokes增益降低得越多；当带宽大于20GHz时，可以抑制横向受激布里渊散射带来的不良影响。另外，当带宽一定时，调制频率的改变也会影响受激散射过程，可以通过数值模拟确定最佳的调制频率。     

激光聚变中受激布里渊散射的混合模拟研究

在激光等离子体相互作用中, 受激布里渊散射的模拟耗时较长. 为缩短模拟时间, 对电子采用Boltzmann描述, 开发了一维混合Vlasov程序, 利用离子束双流不稳定性理论结果对程序进行了考核.在此基础上对激光聚变中的受激布里渊散射进行了研究, 结果表明程序正确, 模拟结果可信.     

熔融石英玻璃受激布里渊散射效应实验研究

以自行研制的大能量单纵单横电光调Q激光系统作为抽运源，在小尺寸(2 cm×2 cm×4 cm)的熔融石英玻璃样品中实现了强烈发展的受激布里渊散射(SBS)过程，在工作介质无损伤的情况下，相位共轭波能量高达110 mJ，反射率约为60％.还研究了SBS能量反射率与入射角之间的关系，证实了此前提出的“自供种子光(self-Stokes-seeding)”效应的存在.提出了双棒串接的构型，得到了更为高效的SBS过程. 关键词： 受激布里渊散射 熔融石英玻璃 激光损伤 反射率     

大型光学元件中的横向受激布里渊散射

研究大型光学元件中横向受激布里渊散射的特点和破坏机制,以及横向受激布里渊散射的抑制方案。在理论分析的基础上,进行数值模拟。当入射光强足够高,材料的横向尺寸足够大时,在受激散射过程中产生的弹性声波场有可能超出材料的抗拉强度,从而引起力学破坏;增加泵浦光带宽可以显著降低散射光的增益。强激光辐照下的大尺寸光学元件中很容易激发横向受激布里渊散射;对于大多数强激光系统,20GHz的带宽已经足以抑制TSBS带来的影响。     

非均匀等离子体中受激Raman散射非线性行为

鉴于实际中等离子体不均匀性和非周期性边界条件，建立了受激Ｒａｍａｎ散射（ＳＲＳ）和受激Ｂｒｉｌｌｏｕｒｉｎ散射（ＳＢＳ）非线性耦合模型。ＳＢＳ对ＳＲＳ的影响主要表现在两方面：１）Ｌａｎｇｍｕｉｒ波与离子声波的非线性相互作用，２）ＳＢＳ与ＳＲＳ的竞争。本文研究了离子声衰变不稳定性、离子声波对Ｌａｎｇｍｕｉｒ波的非共振散射两种非线性过程在ＳＲＳ发展过程中的作用，给出一维不均匀等离子体中ＳＲＳ发展图象。Ｌａｎｇｍｕｉｒ波向短波转换，从而被强烈阻尼是抑制ＳＲＳ的重要机制。文中给出了ＳＢＳ／ＳＲＳ耦合过程中决定ＳＲ 关键词：     

受激Raman散射实验研究

本文测量了受激Raman散射(SRS)(又称Stokes光)能量及等离子体尺度的依赖关系,揭示了SRS产生的条件及演变的规律。证明在黑洞靶中SRS是产生超热电子的主要机制。较好地测量了波长1.053μm激光在1.2～2.1μm波段范围内产生的SRS光谱及在0.72～0.78μm波段范围内产生的Anti-Stokes光谱。由SRS谱的短波截止推算出等离子体的电子温度为1.35keV。由谱的分布推算出SRS主要产生在0.07～0.15临界密度范围内(波长1.053μm激光的临界密度为1×10^(21)/cm^3)。     

三倍频Nd:YAG激光抽运氧气中的受激拉曼和布里渊散射

报道了三倍频脉冲Nd：YAG激光（355nm）在两种不同带宽模式下抽运氧气中受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）的实验研究。在宽带（约1cm^-1）抽运模式下,只测到了前向受激拉曼散射,而没有观察到后向散射,其一级和二级斯托克斯最大能量转换效率可达22％和8％。在窄带（约0．003cm^-1）模式下,前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射都测量到了,但大部分抽运能量都转换到受激布里渊散射,其转换效率可达67％。测量了两种带宽模式下各散射组分在它们最佳转换时的波形;窄带情况下后向受激拉曼散射和受激布里渊散射的脉宽分别可压窄至1．5ns和2．3ns,不到抽运脉宽的三分之一,使得受激布里渊散射峰值功率可大大高于抽运功率。对氧气中前向、后向受激拉曼散射和受激布里渊散射之间的竞争进行了讨论。