【摘要】：由于在聚變能源、高能量密度科學(xué)和軍事等方面的巨大作用,ICF (Inertial Confinement Fusion)強(qiáng)激光裝置的研究得到眾多大國(guó)的關(guān)注。在強(qiáng)激光裝置中,光束微小的調(diào)制在強(qiáng)非線性效應(yīng)下會(huì)發(fā)生小尺度自聚焦。其形成的極高強(qiáng)度細(xì)絲會(huì)造成元件的光學(xué)損傷,威脅裝置的安全運(yùn)行。研究裝置中光束小尺度自聚焦的評(píng)價(jià)方法,并借此界定裝置中光束非線性調(diào)制快速增長(zhǎng)開始時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài),明確裝置安全運(yùn)行下的最大輸出能力,這對(duì)于裝置的安全運(yùn)行、設(shè)計(jì)以及優(yōu)化都有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)對(duì)比度、調(diào)制度和PSD (Power Spectral Density)等近場(chǎng)表征量對(duì)非線性調(diào)制快速增長(zhǎng)開始處的判據(jù)點(diǎn)不清晰的問題,本文探索能更加直觀反映非線性快速增長(zhǎng)開始處的近場(chǎng)表征量。本文在理論分析的基礎(chǔ)上,利用香農(nóng)熵的極值性質(zhì),提出用近場(chǎng)強(qiáng)度熵和近場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)數(shù)PSD熵來反映裝置中光束小尺度自聚焦發(fā)展情況的方法。通過定性分析發(fā)現(xiàn)輸出光束近場(chǎng)強(qiáng)度熵值隨著裝置中小尺度自聚焦的發(fā)展將出現(xiàn)反向變化,對(duì)應(yīng)小尺度自聚焦開始快速增長(zhǎng)處會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)。類似的,從頻率域進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)輸出光束近場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)數(shù)PSD熵值隨著裝置中光束小尺度自聚焦的發(fā)展將先減小后增大,對(duì)應(yīng)小尺度自聚焦開始快速增長(zhǎng)處會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)。近場(chǎng)熵區(qū)別于經(jīng)典的對(duì)比度和調(diào)制度等表征量,在非線性效應(yīng)開始明顯增強(qiáng)后會(huì)出現(xiàn)反向變化,能夠更清晰的反映出裝置中非線性調(diào)制快速增長(zhǎng)的開始。以神光-Ⅲ原型裝置為對(duì)象,對(duì)其在不同能量注入的輸出近場(chǎng)(不同程度非線性效應(yīng))進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)分析,以研究近場(chǎng)熵的變化情況。發(fā)現(xiàn)在理想超高斯注入且光路中空間濾波器小孔直徑很大的情況下,近場(chǎng)強(qiáng)度熵值隨著級(jí)間B積分的增大先增大后減小,近場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)數(shù)PSD熵值先減小后增大,均出現(xiàn)了拐點(diǎn),且兩個(gè)拐點(diǎn)位置的對(duì)應(yīng)性較好。同時(shí),通過對(duì)神光-Ⅲ原型裝置的高強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)(光路中空間濾波小孔直徑較小)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)輸出近場(chǎng)強(qiáng)度熵值和理論分析所預(yù)測(cè)的一樣隨著小尺度自聚焦的發(fā)展先增大后減小,并在小尺度自聚焦開始快速增長(zhǎng)時(shí)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)對(duì)數(shù)PSD熵值隨著小尺度自聚焦的發(fā)展不斷減小,經(jīng)分析認(rèn)為這是由于高頻成分被空間濾波器濾除導(dǎo)致的。最后,利用本文所定義的近場(chǎng)強(qiáng)度熵,對(duì)目前國(guó)內(nèi)單束輸出能力最高的ITB(Integration Test Bed)裝置非線性受限情況進(jìn)行研究。通過近場(chǎng)強(qiáng)度熵值在非線性調(diào)制快速增長(zhǎng)開始的時(shí)候出現(xiàn)的反向變化,預(yù)警裝置將面臨非線性效應(yīng)帶來的光學(xué)損傷風(fēng)險(xiǎn)。并據(jù)此給出了裝置的輸出能力受限邊界線。這對(duì)ITB裝置的安全運(yùn)行以及優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。
【圖文】：

利用對(duì)比度隨著級(jí)間Ｂ積分變化．高階對(duì)比度值在級(jí)間Ｂ積分較小時(shí)將是個(gè)小量，而逡逑在小尺度自聚焦快速增長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的級(jí)間Ｂ積分值處高階對(duì)比度相比之前的小量將會(huì)有一逡逑個(gè)大幅的增大，則相比對(duì)比度曲線將出現(xiàn)更為明顯的變化點(diǎn)（圖１．２）。逡逑０－邋８邋ｒ邐ｍ邐ｌｉｐ邐Ｉ逡逑０－７邐Ｉ邐ｗ邋：邐—Ａ——階＂化巧邐Ｉ逡逑Ｉ邐ｇ邋ｒ邐—？—巧的＂比化逡逑。＇６：邋／逡逑害。／逡逑－ｙ邋／］逡逑ｏ邋＇邐（ａ）邐Ｉ邋Ｌ邐（ｂ）逡逑０．０邋Ｌ邐ｊ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邐０ｉ邋ｍ邐■邋■邋■＊＊！邋Ｉ—Ｉ逡逑０邐Ｊ邐２邐３邐４邐０邐Ｉ邐２逡逑公邐６逡逑圖１．２帶有ＰＳＤ相位噪聲的平面波傳輸中（ａ）對(duì)比度；（ｂ）邋Ｈ階、四階對(duì)比度；隨Ｂ積分值變化逡逑曲線逡逑１．２．３近場(chǎng)功率譜密度方法逡逑近場(chǎng)對(duì)比度、調(diào)制度和高階對(duì)比度的方法都是從激光束近場(chǎng)強(qiáng)度分布的空間域進(jìn)行逡逑統(tǒng)計(jì)分析的，彭志濤等人則從空間頻率域的角度進(jìn)行研究ｆＷ。利用激光束近場(chǎng)ＰＳＤ的逡逑變化來表征強(qiáng)激光裝置中光束小尺度自聚焦的發(fā)展情況。光強(qiáng)ＰＳＤ是光強(qiáng)各頻率分量逡逑Ｆｏｕｒｉｅｒ振幅值的分布，表不激光束近場(chǎng)強(qiáng)度各種空間頻率成分的權(quán)重分布，可Ｗ定義為逡逑其中／（；＜：，＿ｙ）為激光近場(chǎng)（ｘ，ｙ）處的光強(qiáng)值，３（／（；ｒ，＿ｙ））為相應(yīng)頻率分量的Ｆｏｕｒｉｅｒ振幅值，逡逑報(bào)道中取一維的ＰＳＤ進(jìn)行分析，研究經(jīng)平均后的一維ＰＳＤ曲線隨級(jí)間Ｂ積分的變化情逡逑況，利用ＰＳＤ曲線的高頻分量增長(zhǎng)來反映強(qiáng)激光裝置中激光束小尺度自聚焦的發(fā)展情逡逑況（圖１．３邋（ａ））。并基于帕斯瓦爾定理（Ｐａｒｓｅｖａｌ’ｓｔｈｅｏｒｅｍ）

利用對(duì)比度隨著級(jí)間Ｂ積分變化．高階對(duì)比度值在級(jí)間Ｂ積分較小時(shí)將是個(gè)小量，而逡逑在小尺度自聚焦快速增長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的級(jí)間Ｂ積分值處高階對(duì)比度相比之前的小量將會(huì)有一逡逑個(gè)大幅的增大，則相比對(duì)比度曲線將出現(xiàn)更為明顯的變化點(diǎn)（圖１．２）。逡逑０－邋８邋ｒ邐ｍ邐ｌｉｐ邐Ｉ逡逑０－７邐Ｉ邐ｗ邋：邐—Ａ——階＂化巧邐Ｉ逡逑Ｉ邐ｇ邋ｒ邐—？—巧的＂比化逡逑。＇６：邋／逡逑害。／逡逑－ｙ邋／］逡逑ｏ邋＇邐（ａ）邐Ｉ邋Ｌ邐（ｂ）逡逑０．０邋Ｌ邐ｊ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邐０ｉ邋ｍ邐■邋■邋■＊＊！邋Ｉ—Ｉ逡逑０邐Ｊ邐２邐３邐４邐０邐Ｉ邐２逡逑公邐６逡逑圖１．２帶有ＰＳＤ相位噪聲的平面波傳輸中（ａ）對(duì)比度；（ｂ）邋Ｈ階、四階對(duì)比度；隨Ｂ積分值變化逡逑曲線逡逑１．２．３近場(chǎng)功率譜密度方法逡逑近場(chǎng)對(duì)比度、調(diào)制度和高階對(duì)比度的方法都是從激光束近場(chǎng)強(qiáng)度分布的空間域進(jìn)行逡逑統(tǒng)計(jì)分析的，彭志濤等人則從空間頻率域的角度進(jìn)行研究ｆＷ。利用激光束近場(chǎng)ＰＳＤ的逡逑變化來表征強(qiáng)激光裝置中光束小尺度自聚焦的發(fā)展情況。光強(qiáng)ＰＳＤ是光強(qiáng)各頻率分量逡逑Ｆｏｕｒｉｅｒ振幅值的分布，表不激光束近場(chǎng)強(qiáng)度各種空間頻率成分的權(quán)重分布，可Ｗ定義為逡逑其中／（；＜：，＿ｙ）為激光近場(chǎng)（ｘ，ｙ）處的光強(qiáng)值，３（／（；ｒ，，＿ｙ））為相應(yīng)頻率分量的Ｆｏｕｒｉｅｒ振幅值，逡逑報(bào)道中取一維的ＰＳＤ進(jìn)行分析，研究經(jīng)平均后的一維ＰＳＤ曲線隨級(jí)間Ｂ積分的變化情逡逑況，利用ＰＳＤ曲線的高頻分量增長(zhǎng)來反映強(qiáng)激光裝置中激光束小尺度自聚焦的發(fā)展情逡逑況（圖１．３邋（ａ））。并基于帕斯瓦爾定理（Ｐａｒｓｅｖａｌ’ｓｔｈｅｏｒｅｍ）
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TL632.1

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本文編號(hào)：2681901