【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)強激光裝置的研究得到眾多大國的關(guān)注。在強激光裝置中,光束微小的調(diào)制在強非線性效應(yīng)下會發(fā)生小尺度自聚焦。其形成的極高強度細(xì)絲會造成元件的光學(xué)損傷,威脅裝置的安全運行。研究裝置中光束小尺度自聚焦的評價方法,并借此界定裝置中光束非線性調(diào)制快速增長開始時所對應(yīng)的狀態(tài),明確裝置安全運行下的最大輸出能力,這對于裝置的安全運行、設(shè)計以及優(yōu)化都有很強的現(xiàn)實意義。針對對比度、調(diào)制度和PSD (Power Spectral Density)等近場表征量對非線性調(diào)制快速增長開始處的判據(jù)點不清晰的問題,本文探索能更加直觀反映非線性快速增長開始處的近場表征量。本文在理論分析的基礎(chǔ)上,利用香農(nóng)熵的極值性質(zhì),提出用近場強度熵和近場強度對數(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)輸出光束近場強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,對應(yīng)小尺度自聚焦開始快速增長處會出現(xiàn)拐點。類似的,從頻率域進行分析,發(fā)現(xiàn)輸出光束近場強度對數(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,對應(yīng)小尺度自聚焦開始快速增長處會出現(xiàn)拐點。近場熵區(qū)別于經(jīng)典的對比度和調(diào)制度等表征量,在非線性效應(yīng)開始明顯增強后會出現(xiàn)反向變化,能夠更清晰的反映出裝置中非線性調(diào)制快速增長的開始。以神光-Ⅲ原型裝置為對象,對其在不同能量注入的輸出近場(不同程度非線性效應(yīng))進行數(shù)值模擬和實驗分析,以研究近場熵的變化情況。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,近場強度熵值隨著級間B積分的增大先增大后減小,近場強度對數(shù)PSD熵值先減小后增大,均出現(xiàn)了拐點,且兩個拐點位置的對應(yīng)性較好。同時,通過對神光-Ⅲ原型裝置的高強度實驗(光路中空間濾波小孔直徑較小)進行數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)輸出近場強度熵值和理論分析所預(yù)測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時出現(xiàn)明顯拐點。發(fā)現(xiàn)對數(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強度熵,對目前國內(nèi)單束輸出能力最高的ITB(Integration Test Bed)裝置非線性受限情況進行研究。通過近場強度熵值在非線性調(diào)制快速增長開始的時候出現(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。并據(jù)此給出了裝置的輸出能力受限邊界線。這對ITB裝置的安全運行以及優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。
【圖文】：

利用對比度隨著級間Ｂ積分變化．高階對比度值在級間Ｂ積分較小時將是個小量，而逡逑在小尺度自聚焦快速增長對應(yīng)的級間Ｂ積分值處高階對比度相比之前的小量將會有一逡逑個大幅的增大，則相比對比度曲線將出現(xiàn)更為明顯的變化點（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）對比度；（ｂ）邋Ｈ階、四階對比度；隨Ｂ積分值變化逡逑曲線逡逑１．２．３近場功率譜密度方法逡逑近場對比度、調(diào)制度和高階對比度的方法都是從激光束近場強度分布的空間域進行逡逑統(tǒng)計分析的，彭志濤等人則從空間頻率域的角度進行研究ｆＷ。利用激光束近場ＰＳＤ的逡逑變化來表征強激光裝置中光束小尺度自聚焦的發(fā)展情況。光強ＰＳＤ是光強各頻率分量逡逑Ｆｏｕｒｉｅｒ振幅值的分布，表不激光束近場強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（ｘ，ｙ）處的光強值，３（／（；ｒ，＿ｙ））為相應(yīng)頻率分量的Ｆｏｕｒｉｅｒ振幅值，逡逑報道中取一維的ＰＳＤ進行分析，研究經(jīng)平均后的一維ＰＳＤ曲線隨級間Ｂ積分的變化情逡逑況，利用ＰＳＤ曲線的高頻分量增長來反映強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）

利用對比度隨著級間Ｂ積分變化．高階對比度值在級間Ｂ積分較小時將是個小量，而逡逑在小尺度自聚焦快速增長對應(yīng)的級間Ｂ積分值處高階對比度相比之前的小量將會有一逡逑個大幅的增大，則相比對比度曲線將出現(xiàn)更為明顯的變化點（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）對比度；（ｂ）邋Ｈ階、四階對比度；隨Ｂ積分值變化逡逑曲線逡逑１．２．３近場功率譜密度方法逡逑近場對比度、調(diào)制度和高階對比度的方法都是從激光束近場強度分布的空間域進行逡逑統(tǒng)計分析的，彭志濤等人則從空間頻率域的角度進行研究ｆＷ。利用激光束近場ＰＳＤ的逡逑變化來表征強激光裝置中光束小尺度自聚焦的發(fā)展情況。光強ＰＳＤ是光強各頻率分量逡逑Ｆｏｕｒｉｅｒ振幅值的分布，表不激光束近場強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（ｘ，ｙ）處的光強值，３（／（；ｒ，，＿ｙ））為相應(yīng)頻率分量的Ｆｏｕｒｉｅｒ振幅值，逡逑報道中取一維的ＰＳＤ進行分析，研究經(jīng)平均后的一維ＰＳＤ曲線隨級間Ｂ積分的變化情逡逑況，利用ＰＳＤ曲線的高頻分量增長來反映強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】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TL632.1

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本文編號：2681901