激光靶等离子体受激Raman散射

用我们研制的一维半电磁粒子模拟程序数值模拟了神光12^#激光器(λ_L=1.053μm,τ=850ps,I_L=3×10¹⁴—3×10¹⁵W/cm²打靶的受激Raman散射。得到了散射光波、静电(Langmuir)波线性增长和非线性饱和的细致图象、热电子和超热电子分布函数随时间的发展以及超热电子的温度和份额。通过对散射光谱的分析得到晕区电子温度约为1.4—2.5keV,还得到靶等离 关键词：     

腔靶内爆区超热电子实验研究

利用１０道滤波荧光谱仪（ＦＦＳ）研究了强激光和薄壁腔靶相互作用时超热电子产生的特征，结合ＧａＡｓ硬Ｘ射线角分布探头，受激喇曼莠射光探头，针孔相机的测量结果，分析得出：在内爆腔靶中，超热电子产生的源区，大部分超热电子静电场和转换体约束在源区，只有小部分能量较高的超热电子进入到内爆区，内爆靶区超热电子总能量占超热电子总能量的约２０％，占入射激光能量的１％－３％。     

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：     

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。     

2 ns, 351 nm激光黑腔靶受激Raman散射实验研究

介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2 ns,351 nm激光与黑腔靶相互作用的实验,报道了受激Raman散射光时间分辨谱图及能量测量的实验结果。长脉冲2 ns激光注入小腔靶（700 mm×1 250 mm）时,激光辐照缝靶产生的SRS光能量是激光与全腔靶作用产生的SRS光能量的1.3倍。在2 ns激光与不同尺寸黑腔靶作用的情况下,激光辐照小腔靶产生的SRS光能量比标准腔靶(800 mm×1 350 mm)产生的SRS光能量高1.6倍。由于激光功率密度下降,2 ns激光打靶SRS散射光要弱于短脉冲1 ns激光打靶,但持续时间稍长。实验结果表明：长脉冲2 ns激光与标准腔靶相互作用时,等离子体“堵腔效应”比较严重,标准腔靶尺寸不再合适。     

2 ns,351 nm激光黑腔靶受激Raman散射实验研究

 介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2 ns,351 nm激光与黑腔靶相互作用的实验,报道了受激Raman散射光时间分辨谱图及能量测量的实验结果。长脉冲2 ns激光注入小腔靶（Ø700 mm×1 250 mm）时,激光辐照缝靶产生的SRS光能量是激光与全腔靶作用产生的SRS光能量的1.3倍。在2 ns激光与不同尺寸黑腔靶作用的情况下,激光辐照小腔靶产生的SRS光能量比标准腔靶(Ø800 mm×1 350 mm)产生的SRS光能量高1.6倍。由于激光功率密度下降,2 ns激光打靶SRS散射光要弱于短脉冲1 ns激光打靶,但持续时间稍长。实验结果表明：长脉冲2 ns激光与标准腔靶相互作用时,等离子体“堵腔效应”比较严重,标准腔靶尺寸不再合适。     

1.053μm激光在腔靶中反常吸收和超热电子的研究

从1990年到1993年,在神光I上我们利用多种能量卡和谱仪,全面系统地研究了基频光在腔靶中产生的反常吸收和超热电子。实验获得了腔靶反常吸收光谱、能量和硬X光谱,给出了SRS能谱和能量、超热电子能量和温度与激光参数和靶型的关系,证明了采用短波长激光,SRS和超热电子明显减少。     

激光等离子体受激Raman散射光谱的时间分辨测量

采用光学多道谱仪和光学条纹相机耦合,组成时间分辨的Raman散射光谱测量系统,可实现0.5 nm的光谱分辨和好于10 ps的时间分辨。采用该测量系统,在神光Ⅱ装置上开展了脉宽1 ns、波长351 nm的激光与两种不同尺寸柱腔靶相互作用的物理实验,获得了时间分辨的SRS光谱实验结果。研究表明,SRS光谱在时间上相对于入射激光有一定的延迟,腔靶尺寸减小时,延迟时间随之减小。通过长、短波截止波长分析电子密度方法,计算得出了Ⅰ型和Ⅱ型腔靶SRS散射光最短波长光谱发生的密度区分别为0.069nc和0.027nc。     

掺钕微球的受激辐射激光和自受激拉曼散射

采用溶胶-凝胶法在SiO_2微球表面覆盖上一薄层Nd~(3+)掺杂SiO_2,并经电极放电熔融后形成表面光滑的高Q值微球.采用锥光纤将808 nm的抽运激光耦合入钕离子掺杂的高Q值微球形成回廊模,激发产生了1080—1097 nm波段受激辐射激光.由于所产生的激光有足够高的功率密度,在高Q SiO_2微球中激发产生了波长为1120—1143 nm一级自受激拉曼散射激光.推导了锥光纤掺钕微球组合的自受激拉曼散射的输出功率和阈值公式.描述了输出激光的特性:阈值、输出功率、线宽、边模抑制比.     

激光等离子体受激Raman散射光谱的时间分辨测量

采用光学多道谱仪和光学条纹相机耦合,组成时间分辨的Raman散射光谱测量系统,可实现0.5nm的光谱分辨和好于10ps的时间分辨。采用该测量系统,在神光Ⅱ装置上开展了脉宽1ns、波长351nm的激光与两种不同尺寸柱腔靶相互作用的物理实验,获得了时间分辨的SRS光谱实验结果。研究表明,SRS光谱在时间上相对于入射激光有一定的延迟,腔靶尺寸减小时,延迟时间随之减小。通过长、短波截止波长分析电子密度方法,计算得出了Ⅰ型和Ⅱ型腔靶SRS散射光最短波长光谱发生的密度区分别为0.069nc和0.027nc。     

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.     

神光Ⅲ原型受激拉曼与受激布里渊散射份额测量

激光注入率测量是黑腔耦合效率测量至关重要的一个环节,主要通过散射光测量来实现。在神光Ⅲ原型激光装置上进行的黑腔物理实验中,利用PIN探头阵列进行了散射光角分布测量。通过拟合分析,发现原型装置上激光等离子体非线性相互作用较神光Ⅱ装置要强,其中受激拉曼份额在10%量级,受激布里渊散射在20%量级。将由此评估的激光靶耦合效率代入辐射温度定标率公式中,得出的辐射温度值与实验中Dante测量值符合较好,说明对参量过程份额的评估具有一定可靠性。     

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)。     

神光Ⅲ原型受激拉曼与受激布里渊散射份额测量

激光注入率测量是黑腔耦合效率测量至关重要的一个环节,主要通过散射光测量来实现。在神光Ⅲ原型激光装置上进行的黑腔物理实验中,利用PIN探头阵列进行了散射光角分布测量。通过拟合分析,发现原型装置上激光等离子体非线性相互作用较神光Ⅱ装置要强,其中受激拉曼份额在10%量级,受激布里渊散射在20%量级。将由此评估的激光靶耦合效率代入辐射温度定标率公式中,得出的辐射温度值与实验中Dante测量值符合较好,说明对参量过程份额的评估具有一定可靠性。     

0.351μm激光辐照Au盘靶吸收、散射规律的实验研究

在“星光Ⅱ”激光装置上，利用80只分立式探测器研究了约0.8ns，0.351μm激光辐照Au盘靶的吸收、散射．结果表明，强度约为5×10¹⁴W/cm²的激光以10°角入射，吸收可达90%以上；但是，以45°角入射，吸收仅为75%左右，散射高达25%．散射主要来自未被等离子体充分吸收的激光在弯曲临界面上的反射，同时伴随少量受激布里渊散射．吸收的理论计算与实验结果进行了比较，两者符合较好． 关键词：     

空腔靶超热电子实验研究

本文介绍了激光与空腔靶、平面靶相互作用时，利用多道高能X射线滤波-荧光谱仪(FF谱仪)、高能X射线角分布探测器以及激光功率能量计，对等离子体发射的超热X射线和受激喇曼散射光进行测量的情况；给出了不同实验条件下典型的超热X射线能谱、角分布、超热电子温度Th以及受激喇曼散射光能量ESRS，对实验结果作了分析和讨论。     

腔靶内超热电子的实验研究

介绍了利用１０道滤波荧光谱仪（简称Ｆ．Ｆ．谱仪）测量新型腔靶中超热电子产生的硬Ｘ光能谱，并结合ＧａＡｓ阵列探测器测量硬Ｘ光角分布，给出了腔外硬Ｘ光总能量，同时用Ｆ．Ｆ．谱仪测量结果与其同方位的ＧａＡｓ探测器测量结果比对，两者在误差范围内是一致的。在Ｆ．Ｆ谱仪和ＧａＡｓ探测器两者数据比较自洽的情况下，并与后向受激拉曼散射光特征量比较，得出了：（１）腔靶内超热电子不是各向同性均匀分布的，大部分超热电子沿着入射激光光轴方向运动；（２）腔内大部分超热电子与冷介质（腔壁）发生库仑作用产生硬Ｘ光。     

0．53μm激光产生的超热电子的实验观测

介绍了在“神光”Ｉ号装置上利用波长０．５３ｐμｍ、脉宽τ约７５０ｐｓ、能量６０～２３０Ｊ激光（靶面激光强度１×１０￣（１３）～５×１０￣（１５）Ｗ／ｃｍ￣２）照射Ａｕ盘靶和Ａｕ拄黑腔靶产生超热电子的实验观测结果与分析。实验测量１０ｋｅＶ以上硬Ｘ光谱和通量表明：采用倍频激光可以使超热电子能量明显比基频光小一个量级左右，超热电子温度Ｔ＿ｈ、热电子温度Ｔ＿ｅ均降低一半左右，受激Ｒａｍａｎ散射光能量Ｅ＿（ＳＲＳ）减少二个多量级。在我们的实验条件下，Ａｕ盘靶（等离子体定标尺度Ｌ≤１００μｍ）产生超热电子的主要机制可能是双等离子体衰变和共振吸收，此外还有受激Ｒａｍａｎ散射（ｎ≈ｎ＿ｃ／４），１００μｍ＜Ｌ≤２４０μｍ超热电子产生的主要机制是ＴＰＤ，此外还有ＳＲＳ（ｎ≈ｎ＿ｃ／４）；黑腔靶（Ｌ≥３００μｍ）超热电子产生的主要机制是ＳＲＳ（ｎ＜ｎ＿ｃ／４）。     

利用超快电子探针诊断受激拉曼散射静电波的数值模拟

利用二维粒子模拟程序EPOCH验证了超快电子束探针诊断受激拉曼散射产生的静电波的可行性。结果表明,电子束探针穿过静电波电场后会在电子束探针的横向上产生密度调制,密度调制呈周期性分布且沿静电波的传播方向移动,密度调制的波数对应静电波的波数且移动速度对应静电波的相速度,因此特定条件下可用于反推电子的温度、密度等信息。在诊断静电波的过程中,电子束探针的束长必须小于静电波的波长或者诊断设备的曝光时间必须小于静电波的周期。本研究提供了一种新型的直接诊断静电波和电子温度、密度的方法,对于推动受激拉曼散射等激光等离子体不稳定性的实验研究具有重要意义。