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强激光长程传输过程中受激转动拉曼散射近场特性的研究

王艳雪  
【摘要】:为了实现惯性约束核聚变(ICF),ICF激光驱动器一般使用超过百束的激光束同时均匀的辐照靶场。单路激光束的运行能量在近百KJ,运行功率密度在GW/cm2量级、光束口径在几十个cm范围,激光束传输距离在几十米到百米范围内,ICF驱动激光器的这些运行参数恰好为受激转动拉曼散射(SRRS)的发生创造了客观条件。SRRS效应的产生,会导致主激光能量损耗、光束近场均匀性降低、远场聚焦质量变差等问题,对ICF激光驱动器的总体输出造成恶劣影响。目前,有效抑制SRRS效应已成为ICF激光驱动器光束质量控制中迫切需要解决的问题之一。本文针对光束近场的演化特性对SRRS效应进行理论研究,为SRRS效应的有效抑制工作奠定基础。首先,从SRS过程的耦合波方程出发,基于光束近场对SRRS过程进行空间三维的理论建模研究;从文献中获得国内外ICF激光驱动器的SRRS实验研究结果与数据,对三维数值模型展开校核工作,使三维模型具备了描述SRS过程近场演化的正确性;利用该数值模型,说明SRRS效应的一些基本特性和SRRS效应阈值的决定因素。第二,SRRS效应的阈值对初始泵浦光的光束近场有强烈的依赖特性。数值构造具有位相信息的多种近场特性的初始泵浦光,以通量调制度和光束对比度作为衡量光束近场状态的参数,数值计算不同参数数值下SRRS效应阈值,获得SRRS阈值判据表和阈值判据公式。第三,基于光学元件上振幅型“缺陷”调制静态模型,给出元件光强透过率函数,将经过此元件的激光束作为后续SRRS研究的初始泵浦光。为了研究SRRS过程中衍射效应对近场特性的演化起到的作用,数值模拟了衍射传输和忽略衍射下的Stokes光耦合放大过程,并将两个过程得到的近场特性与SRRS效应过程近场特性进行对比。指出SRRS过程中衍射效应能够减缓由Stokes噪声起源与Stokes耦合放大导致的泵浦光束近场均匀性的破坏过程和近场波动性的加剧过程。最后,引入近场功率谱密度(PSD),从频域结构分析SRRS过程中近场演化特性。由于SRRS效应的发生,泵浦光各空间频率的强度均降低;随着Stokes光转化效率增加,泵浦光近场低频区的强度持续降低,但当转化效率达到一定数值后,高频区的强度变化不大。


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