基于低相干激光的束匀滑技术研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shengbangcl
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惯性约束核聚变是实现可控聚变反应的主要技术路径之一,是提供清洁能源、解决人类能源问题的可能出路。惯性约束核聚变就是依靠燃料的惯性,通过将其动能转换为内能,在燃料惯性约束的时间范围内,实现可自持的聚变反应。激光驱动惯性约束聚变是目前看来最有望率先实现聚变点火的惯性约束聚变驱动方式。如何实现高效的束靶耦合是激光驱动方式面临的主要挑战之一。束匀滑技术是实现高效束靶耦合的关键技术,其对激光等离子体相互作用、靶丸对称压缩等多个物理过程影响巨大。本文提出了一种将诱导空间非相干技术与连续相位板焦斑整形技术相结合,实现高质量匀滑焦斑的新型束匀滑方法。论文主要包括以下三部分内容:1.提出了一种改进型的连续相位板设计算法——相位差滤波G-S算法,同时对比分析了新算法与传统G-S算法在设计相位板时的优缺点。结果表明,在选择合理参数的条件下,基于新算法设计的相位板,其远场包络与目标函数相符合,很好地满足了焦斑整形要求,具有一定优势。对于远场结果的统计分析显示,远场固定点的电场可以等效成一长度确定,方向随机的矢量与一圆高斯随机矢量相加,其幅角在0-2π范围内随机分布,其幅值符合莱斯分布。2.提出了一种结合使用ISI与CPP的新型激光束匀滑方法(ISI+CPP),并对其焦斑的时空特性进行了理论分析与数值模拟,给出了焦斑的瞬时分布规律、焦斑辐照强度均方差的时间演化规律、焦斑辐照强度NPS的时间演化规律。分析结果表明ISI+CPP可以获得更好的焦斑轮廓,同时瞬时焦斑中散斑分布的随机跳变特性能进一步抑制等离子体不稳定性的发展。针对此种束匀滑方式,提出了一种优化的相位板:拼接反馈式相位板。结果显示使用拼接反馈式相位板后,焦斑辐照强度中空间频率在0.02~0.1μm-1内的不均匀性能够在116ps的匀滑时间内下降到0.02。3.提出了一种通过双透镜滤波系统消除ISI近场强度调制的方法。通过理论计算与数值模拟,对比分析了高斯型、方形和圆形三种滤波孔在不同参数条件下的滤波效果。结果表明:使用宽度为0.8倍衍射极限(子分割区域对应衍射极限)的方形滤波孔时,光束的近场调制度最弱,软化因子更小,透过率更高。对最终焦斑形态的计算表明,当使用ISI与G-S方法设计得到的常规连续相位板时,加入双透镜滤波系统不仅能够有效抑制相位板子区域分割导致的近场强调制还能够获得均匀性更好的焦斑。
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