宽带激光空间啁啾匹配倍频技术研究

发布时间：2020-05-16 11:59

【摘要】：在惯性约束聚变激光装置中,谐波转换系统的各项性能会对打靶激光产生十分重要的影响。为提高靶面照射的均匀性、缓解受激拉曼散射和受激布里渊散射,高效宽带光的谐波转换具有十分重要意义。本论文系统的分析了宽带倍频的矛盾点,以实现高效(转换效率60%)宽带(带宽约30nm)倍频为目的,提出了一种新型的空间啁啾脉冲,并以此为基础分析了其应用于高效宽带倍频过程中的可行性,并进一步分析其性能。以数值模拟为主要手段,细致深入地探讨了转换效率和转换带宽之间的矛盾点,分析了空间啁啾倍频方案的可行性,得到了良好的输出结果。论文的主要工作包括:1.建立了空间啁啾倍频方案的基本系统结构和理论基础,并依据此理论建立了该方案的理论模型。在传统倍频方案中,带宽与效率是一对矛盾,难以同时满足,通过将基频光展宽为空间啁啾光,可以在局部空间位置上得到窄带光,从而在宽带基频光的基础上得到较高的转换效率。2.提出了基于傅氏变换的空间啁啾倍频方案,给出了基本的系统结构,并分析其原理,并且以此为依据建立了数学物理模型。同时为解决边缘频率成分的位相失配,提出了拼接晶体的方式,扩大位相匹配范围。在进一步的研究中,具体分析了晶体拼接误差对输出结果的影响,由于倍频过程发生在频域,能大幅减少拼接误差的影响。3.结合工程应用所需,提出了近场空间啁啾匹配方案,通过调节展宽器的各项参数,可以有效调节展宽后的空间啁啾光的各项参数。同时通过自适应光学和波前控制等方式,可以进一步扩大匹配范围,避免边缘频率的位相失配。
【图文】：

领域的重大研究方向，受控核聚变反应一直是世界各国用于解决能源短缺问题的重径之一。逡逑自Ｉ９６０年世界上第一台激光器问世以来，经过５０多年的发展，目前已经可以在室的环境中实现峰值功率大于１拍瓦（ＰＷ，１０１５Ｗ）、脉冲宽度为飞秒（ｆｓ，邋１０＿ｌ５ｓ）逡逑级的超短超强激光脉冲［１＿３］。超强激光的问世给我们提供了一个实现点火目标的新。受控核聚变的实现，需要满足两个基本的前提条件［４］：邋１．加热燃料，使其达到足以核反应的温度；２．在反应过程中不断对高温高密度的等离子体施以足够的压力，使持在反应所需的空间内。］９６４年，我国王淦昌院士与俄罗斯巴索夫院士提出了基于照射氘、氚产生中子，进而实现核聚变的新型聚变方式［５，６］。不久之后，该理论在实得到了验证［７］，开创了激光惯性约束核聚变反应这一全新的道路。逡逑激光惯性约束聚变利用ＩＣＦ激光驱动装置所产生的高功率激光束直接或间接地在靶丸上，在极短的时间内产生高温高密度的极端条件，使靶丸内的聚变材料达到条件，产生聚变反应［８＿１１］。目前较为成熟的聚变反应物理模型分为中心点火和快点种［１１］。逡逑

逡逑中心点火模型的基本原理图如图１．１所示［５］，可分为四个阶段来描述其过程。第一逡逑阶段，将波长为３５１ｎｍ，强度１０１４？１０１５Ｗ／ｃｍ２，脉宽约几ｎｓ左右的强激光光束均勾辖逡逑照在靶丸表面，迅速对其进行加热，在外围形成几毫米厚度的低密度高温等离子体烧蚀逡逑层；第二阶段，ＩＣＦ驱动器中的能量通过激光或Ｘ光的形式传递给第一阶段所产生的等逡逑离子体烧蚀层，使之迅速加热并膨胀，在膨胀过程中，等离子体烧蚀层会对靶丸中的氘逡逑氚燃料进行压缩及加热；第三阶段，靶丸中的氘氚燃料被加热压缩，形成高温、高密度逡逑的临界状态，同时会在靶丸中心处形成热斑，产生“点火”；第四阶段，在热斑处点火产逡逑生的热核燃烧将会蔓延并点燃整个高温、高密度的氘l#燃料，，产生大量的聚变能量。逡逑中心点火模型需要在靶丸上产生稳定的均匀的超强激光辐照
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL632.1

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本文编号：2666705