大口径非聚焦泵浦的受激布里渊散射阈值及脉冲压缩研究

发布时间：2020-08-11 13:57

【摘要】：惯性约束核聚变(ICF,Inertial Confinement Fusion)是解决未来能源危机的重要途径。为实现ICF聚变点火,提出了多种点火方案。其中冲击点火是一种可以用现役激光驱动器能量实现的新型点火方式,它的实现需要~100k J、~200ps的激光脉冲。为了获得这种高能量的百皮秒脉冲,采用传统方法(如CPA、MOPA等)很难实现。基于受激布里渊散射(SBS,stimulated Brillouin scattering)效应,利用高能量纳秒脉冲放大百皮秒脉冲,可以获得很高的放大效率,这种方案结构简单、成本低,是产生ICF冲击点火脉冲的有效途径。布里渊放大效率随泵浦光能量的增大而提高。但当泵浦能量增大到一定程度,会产生自激的SBS,造成放大效率和信噪比的降低。因此,研究这种非聚焦情况下纳秒脉冲的自激SBS阈值对面向ICF点火脉冲的布里渊放大器的设计具有指导意义。本论文根据现役ICF激光驱动器的输出脉冲特性(3~5ns近平顶脉冲),以常用重氟碳液体材料(FC-40、FC-770等)为非线性介质,对大口径激光非聚焦泵浦的SBS阈值及脉冲压缩效应进行了系统的研究。首先,从描述SBS过程的耦合波方程出发,采用特征线的方法,建立数值计算模型。并利用此模型理论模拟了泵浦参数、介质参数等对SBS阈值的影响,得出决定特定结构中SBS阈值的关键因素。另外,在小信号近似条件下,推导出了描述瞬态SBS阈值的解析表达式。其次,在非聚焦结构中,结合统计学理论,提出了大口径激光近场分布不均匀的情况下评价SBS阈值的方法。引入“热斑系数”的概念,指出非均匀激光近场作用下的SBS阈值为理想平面波泵浦的SBS阈值与此热斑系数的比值。并进行了相应的实验研究,实验结果与理论结果符合得较好。再次,研究了两种提高SBS阈值注入能量的方案:(1)在百皮秒脉冲的布里渊放大装置中,由于此种子光的存在,泵浦光的自激SBS阈值能量与无种子注入时相比有所提高,其作用机制是强种子光与自发散射光间的增益竞争;(2)利用相位调制离散谱提高SBS阈值能量能量,将单根光谱线分裂成多根光谱线,功率谱密度的降低,使SBS阈值能量得到提高。从理论上阐明了这种阈值能量提高方法的作用机制,研究了谱线间隔及相位调制深度对阈值能量提高倍数的影响,结果表明,当谱线间隔大于介质布里渊增益谱宽的5倍时,各谱线独立激发SBS效应,阈值能量由分立谱线中谱密度最大的频谱成分决定;实验上以三等幅光谱线作为泵浦光源,开展了相关研究,实验结果与理论结果一致。最后,提出了超高斯脉冲自泵浦SBS的理论,并研究了其在高能量脉冲压缩方面的应用。建立了描述这一效应的数值计算模型,仿真分析了超高斯脉冲阶数、介质参数、结构参数等对自泵浦SBS效应的影响。实验上首先证明了自泵浦SBS效应的存在;然后基于这一效应,以哈工大自主搭建的高功率钕玻璃激光系统为光源,以FC-40为SBS介质,在非聚焦泵浦的结构中,获得了3J,360ps的压缩脉冲输出。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL632;O437.2
【图文】：

宽带激光,窄带,圆点,横坐标

哈尔滨工业大学工学博士学位论文测器响应灵敏度的影响。近年来，一些研究人确定 SBS 阈值。2008 年，北京师范大学白建谱结构的激光在介质中衰减系数的差异来测量思想是 SBS 一般发生在窄带激光泵浦的情况会产生 SBS，因而在这两情况下，测量介质的 1-4 所示。这种方法对于部分介质较为有效，但5 等）中，宽带激光也能产生 SBS[41]，分歧点

实验结果,泵浦光,反射光,光频率

图 1-6 Karow 等人的实验结果[45]Fig.1-6 Experimental results of Karow国防科技大学的郭少锋等人[46]提出了一种新的 f Stokes Seeding, SSS）。根据该理论模型的基本介质后端面上时将发生反射，反射光沿泵浦光分析，反射光里包含着具有 Stokes 光频率的分被相向传输的泵浦光放大，加速了 SBS 的起得到降低。

傅里叶频谱,矩形脉冲,泵浦光,反射光

图 1-6 Karow 等人的实验结果[45]Fig.1-6 Experimental results of Karow防科技大学的郭少锋等人[46]提出了一种新的 Stokes Seeding, SSS）。根据该理论模型的基本质后端面上时将发生反射，反射光沿泵浦光分析，反射光里包含着具有 Stokes 光频率的分被相向传输的泵浦光放大，加速了 SBS 的起到降低。

【相似文献】