驱动激光束间相干性以及对背向散射影响的研究

早期的研究表明, 束匀滑技术能够有效地抑制高功率激光与等离子体相互作用中产生的各种参量不稳定性, 大大减少受激布里渊散射和受激拉曼散射. 但在NIF最近的实验研究中发现, 受激布里渊散射和受激拉曼散射份额远远高于预期, 原因可能与驱动激光束间的相干性有关. 本文利用"神光II"装置两路倍频纳秒激光辐照金平面靶, 研究了小口径取样情况下两者背向散射的能量和光谱在不同驱动激光相干条件下的变化情况. 初步结果表明, 激光束间存在着较强的相干性, 并且随着束间相干程度的增加, 背向散射也逐渐增强.     

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。     

一维动理学数值模拟激光与等离子体的相互作用

利用一维(1D3V)、显式、全电磁、相对论粒子模拟代码研究动理学范畴内激光与等离子体相互作用中的受激拉曼散射,给出了粒子代码的控制方程及其数值离散的详细方案,研究表明:动理学效应在受激拉曼散射不稳定性中十分重要;时问平均的反射率在阈值强度处跃升,在更高的激光强度处达到饱和;受激拉曼背向散射周期性地在次皮秒内爆发,离子效应延迟背向拉曼散射的发生;电子俘获导致了背向拉曼散射出现爆发;Langmuir波的非线性频移使得背向散射达到饱和。     

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     

超强激光在均匀等离子体中的背向拉曼散射放大机制

使用等离子体背向受激拉曼散射对激光进行放大时,等离子体的密度、温度和长度都会对激光的放大效果产生影响.为了探究等离子体密度对结果的影响,本文使用一维粒子模拟程序模拟了波长为800 nm的泵浦激光入射到均匀等离子体中,等离子体密度和泵浦光光强对散射光光谱的影响.模拟结果表明,等离子体密度降低会导致散射光的波长变短,而泵浦光的光强在一定范围内降低会增加散射光中背向散射光的比例.通过分析散射光的光强和等离子体的密度,发现前向拉曼散射是等离子体密度变化的原因.模拟结果对等离子体背向受激拉曼散射放大的实验研究具有重要的指导意义.     

超热相干汤姆逊散射实验研究取得进展

在神光III原型装置上,利用8束三倍频（351.0 nm）激光注入充气黑腔产生大尺度高温等离子体并激发高水平受激布里渊散射（SBS）过程。利用1束四倍频（263.3 nm）探针束和1套广角汤姆逊散射诊断系统,获得了三倍频激光SBS过程驱动的离子声波的超热相干汤姆逊散射（STS）光谱。通过对STS光谱和背向SBS光谱进行联合分析,揭示了SBS的时空演化过程。     

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。     

点火黑腔等离子体定标关系及350 eV靶黑腔设计

点火黑腔内环激光通道内靠近黑腔壁的区域是内环激光受激拉曼散射(SRS)背向散射产生与发展的主要区域。根据内环通道在该区域满足通道内外压力平衡和能量平衡,提出了间接驱动惯性约束聚变点火黑腔等离子体定标关系。该定标关系在一定程度上统筹考虑靶丸性能、激光器指标和激光等离子体相互作用(LPI)。在此基础上,根据靶丸抑制流体不稳定的需求,提出了一个350eV点火黑腔设计,该设计可以较好地抑制内环LPI的发展,并对激光器设计提出了更高的要求。     

超短超强激光与气体靶相互作用中的背向受激Raman散射

 实验诊断测量了超短超强激光与气体靶相互作用产生的背向受激Raman散射,在实验条件下呈现强耦合模式,背向受激Raman散射出现非线性Stokes多峰伴线结构,峰值的频率间隔小于等离子体波的频率,可以大致地推断出激光打靶过程中产生的等离子体密度偏低,其结果与等离子体强耦合理论计算结果一致。     

激光陀螺中背向散射的研究

为了研究谐振腔形状变化对激光陀螺中背向散射的影响,基于矢量叠加理论,分析了激光陀螺背向散射源及其对总的背向散射的影响.根据背向散射对顺逆时针光的耦合作用,推导出了总的背向散射系数与顺逆时针旋转光光强的关系式.基于这一关系,设计实验,通过施加电压使谐振腔反射镜到不同位置来改变光腔形状变化,同时测量光强交流量的振幅,得到了总的背向散射系数的变化曲线.通过与仿真结果对比,验证了背向散射的矢量叠加理论.     

光学相关论题 海洋光学

P733.32006010787海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究=Ex-peri ment study of optical back scattering characteristic ofthe seawater and si mulated wake bubble[刊,中]/张毓芬(大连测控技术研究所.辽宁,大连(116013)),王慧丽…∥光电子技术与信息.—2005,18(4).—65-68开展了海水及模拟尾流气泡的激光背向散射特性实验研究,对确定感知舰船尾流的光学参量,从散射信息中分离出光尾流特性信息,验证尾流光散射特性模型有重要意义。讨论了海水及气泡群的激光背向散射特性实验研究,给出了实验结论。图9参6(严寒)光学相关论题 海…     

环状PIN阵列测量全口径背向散射光空间分布的实验研究

基于由同心环状排布的多个 PIN 探测器组成的环状 PIN 阵列,发展了一种测量激光等离子体全口径背向散射光空间分布的实验方法.采用该方法,在神光Ⅱ装置激光与黑腔靶相互作用实验中,对全口径背向散射光空间分布进行了测量,获得了全口径受激 Brillouin 散射背向散射光空间分布的图像.初步建立了全口径背向散射光空间分布...     

任意椭圆偏振激光场非线性汤姆逊散射的一般表述与X射线产生的优化条件

基于相对论条件的电动力学,解析求解了任意椭圆偏振条件下激光场的非线性汤姆逊散射的一般表示.利用解析结果得到了背向非线性汤姆逊散射高次谐波的极值条件.结果表明对于基频背向汤姆逊散射,在相同条件下,圆偏振激光具有最大值而线偏振是最小值,如果激光偏振态从圆偏振连续的过渡到线偏振,背向汤姆逊散射的角功率随之单调递减.这一效应对高强度入射激光尤为重要,当 a² >5时,圆偏振情形的贡献几乎是线偏振的2倍.这对基于汤姆逊散射机制的X射线源实验研究具有重要参考意义. 关键词： 非线性汤姆逊散射 偏振度 极值     

纳秒脉冲激光诱导水等离子体屏蔽的实验研究

基于激光阴影法测量原理,建立了一个记录纳秒脉冲激光诱导等离子体屏蔽现象的实验光路系统,探索了一种等离子体屏蔽图像的记录方法,对纳秒脉冲激光诱导水击穿形成等离子体的现象进行了研究.记录了在不同能量状态下出现的激光诱导等离子体屏蔽图像,发现了激光诱导水介质的等离子体屏蔽效应随作用光能量呈增强的趋势,首次观测到了在纳秒脉冲激光作用下液体中出现的线型击穿现象.本文研究结果可为水下激光加工研究、医疗以及激光在液体中的传播特性研究提供实验依据.     

光纤背向激光自发喇曼散射的温度效应研究

从理论和实验上研究了光纤背向激光自发喇曼散射的温度效应.光纤背向激光自发反斯托克斯喇曼散射、斯托克斯喇曼散射光的相对强度正比于光纤分子上、下能级粒子数的布居,依赖于温度.由于实际系统中,作为分光用的干涉滤光片不可能完全隔离背向瑞利散射光,因此,实际系统温度曲线比理论曲线低,本文给出了理论修正公式,提出了附加修正项,它与隔离度和波长有关.     

纳秒脉冲激光诱导水等离子体屏蔽的实验研究

基于激光阴影法测量原理,建立了一个记录纳秒脉冲激光诱导等离子体屏蔽现象的实验光路系统,探索了一种等离子体屏蔽图像的记录方法,对纳秒脉冲激光诱导水击穿形成等离子体的现象进行了研究.记录了在不同能量状态下出现的激光诱导等离子体屏蔽图像,发现了激光诱导水介质的等离子体屏蔽效应随作用光能量呈增强的趋势,首次观测到了在纳秒脉冲激光作用下液体中出现的线型击穿现象.本文研究结果可为水下激光加工研究、医疗以及激光在液体中的传播特性研究提供实验依据.     

纳秒激光单脉冲烧蚀硅表面的超快成像研究

利用ICCD可以在纳秒时间尺度下成像的特点,以飞秒准连续激光产生的超短脉冲光为探测光,对纳秒激光单脉冲烧蚀硅靶表面的演化过程进行动态监测。在能量密度为50J／cm^2时,捕获了纳秒单脉冲激光烧蚀硅靶面过程中等离子体演化的时间分辨图像。图像表明,纳秒激光烧蚀硅靶产生的等离子体开始时密度大,膨胀速度快,当纳秒激光脉冲过后,等离子体不再产生,并且其膨胀速度不再增加,直至完全消失。     

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在"星光Ⅱ"钕玻璃激光装置上,开展了脉宽约0.8ns、能量~70J的351nm激光在不同条件下辐照Au盘靶的实验,研究了激光光束质量对受激布里渊散射(SBS)谱的影响。SBS散射光谱测量结果表明,在激光束未匀滑条件下,SBS散射谱范围为352~360nm;在采用透镜列阵将激光束匀滑聚焦的条件下,激光等离子体密度变得更加均匀,SBS散射光谱范围变为351~351.5nm。实验数据为透镜列阵对光束的匀滑效果提供了直接支持。     

超音速高密度喷流对撞过程中的高效能量转移

在双锥对撞点火激光核聚变方案中,两个锥口相距约100μm放置的金锥内氘氚球冠靶在高功率纳秒激光烧蚀驱动下,获得沿金锥的球对称压缩和加速,形成沿着金锥轴向的超音速高密度喷流,出射喷流在两个金锥的几何中心发生对撞减速并形成聚变密度等离子体.在对撞过程中,高速运动喷流的动能转化为内能,实现对等离子体的预加热,与此同时,皮秒拍瓦激光产生的高能快电子从垂直方向入射并加热高密度等离子体,使其快速升温达到聚变温度,实现聚变点火. 2020年在中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光联合实验室神光Ⅱ升级激光装置上,我们利用总能量为10 kJ的八路纳秒激光进行了两轮实验.实验利用包括X射线汤姆逊散射、硬X射线单色背光成像、X射线条纹和分幅成像等多种主动、被动诊断方法对超音速高密度喷流对撞过程进行了高时空分辨研究,实验测量发现,在单锥口形成的超音速等离子体喷流密度为5.5—8 g/cm~3;在对撞过程中形成了阻滞时间约200 ps的高密度等离子体,中心密度达到了(46±24) g/cm3.通过对等离子的温度、速度的分析发现,对撞过程中动能到内能的转换效率高达89.5%.     

弱磁化等离子体中受激拉曼散射和受激布里渊散射抑制研究

本文针对典型激光聚变等离子体参数条件,利用动理学粒子模拟程序研究横向磁场和激光带宽在抑制受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)中的作用。模拟发现横向磁场对非均匀等离子体中SRS的非线性自共振增强有显著抑制作用,分析认为横向磁场作用于SRS激发的电子等离子体波(EPW)势阱中的俘获电子,使它们在横向上加速,对EPW造成非线性阻尼,同时减小EPW的非线性频移量,从而缩窄非均匀等离子体中SRS的自共振空间,极大降低SRS反射率。在此基础上利用横向磁场抑制SRS的特性,以及SBS增长对激光带宽的敏感性,提出了利用横向磁场和宽带激光将SRS和SBS同时抑制在低反射率水平的方案。在采用数十特斯拉横向磁场和实验中易于达到的千分之一量级的激光带宽时以及慢性约束聚变(ICF)相关参数下,SBS和SRS的反射率都得到了有效抑制。