【摘要】：激光慣性約束聚變(ICF)作為解決能源危機(jī)的潛在手段之一,受到各國政府和科研機(jī)構(gòu)的高度重視。為制造滿足沖擊點(diǎn)火要求的200ps脈寬、千焦耳以上能量、單峰值功率達(dá)數(shù)十太瓦的激光脈沖,受激布里淵散射(SBS)脈沖壓縮及布里淵放大技術(shù)逐步走入視野。受激布里淵散射擁有相位共軛、高脈沖能量轉(zhuǎn)化率、高增益等特點(diǎn),是最簡單、實(shí)用的壓縮高功率激光脈沖寬度實(shí)現(xiàn)沖擊點(diǎn)火的方法。本文從理論與實(shí)驗(yàn)兩個(gè)角度對(duì)百皮秒脈沖壓縮及布里淵放大過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析。以此來確定在低能量下,各參數(shù)對(duì)脈沖壓縮及布里淵放大過程的影響。本論文首先根據(jù)受激布里淵散射原理建立自發(fā)起源模型和布里淵放大的物理模型。依據(jù)Maxwell方程以及Navier-Stokes方程,采用適當(dāng)?shù)慕品椒ê蛿?shù)學(xué)手段進(jìn)行離散化,最終得到可用于Matlab數(shù)值仿真的布里淵放大模擬表達(dá)式。從泵浦參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和介質(zhì)參數(shù)角度對(duì)SBS脈沖壓縮與布里淵放大過程的變化給予理論模擬。數(shù)值分析各參數(shù)對(duì)脈寬壓縮過程中壓縮脈寬、能量反射率和布里淵放大過程中抽運(yùn)能量提取率、種子能量放大率及脈寬壓縮率的影響規(guī)律。從介質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)與SBS特性的關(guān)系入手,探索尋找新型全氟碳系列介質(zhì)。根據(jù)SBS作用原理提出PF-5060、FC-43、FC-70等高負(fù)載、低吸收、短壽命的全氟碳系列新型SBS介質(zhì),并給出介質(zhì)化學(xué)分子結(jié)構(gòu)。通過理論計(jì)算該系列介質(zhì)在532nm波長下的聲子壽命、增益系數(shù)、布里淵頻移等參數(shù),實(shí)驗(yàn)測量介質(zhì)吸收系數(shù)和部分光學(xué)擊穿閾值。采用雙級(jí)SBS脈沖壓縮結(jié)構(gòu),依據(jù)模擬結(jié)果確定最佳結(jié)構(gòu)參數(shù),開展介質(zhì)參數(shù)對(duì)百皮秒脈沖產(chǎn)生影響的實(shí)驗(yàn)研究。首先選擇同類分子結(jié)構(gòu)的全氟胺系列介質(zhì)進(jìn)行對(duì)比性研究,討論介質(zhì)聲子壽命對(duì)最窄壓縮脈寬、壓縮穩(wěn)定度和能量反射率的影響規(guī)律。得到聲子壽命越小,相同條件下所能壓縮的脈沖寬度越窄而且穩(wěn)定度越好的規(guī)律結(jié)論。然后選擇分子結(jié)構(gòu)和聲子壽命均有較大差異的全氟聚醚系列和全氟烴系列介質(zhì)對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以驗(yàn)證,最終確定規(guī)律的正確性。根據(jù)布里淵放大理論模擬結(jié)果,依靠現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)器械和條件,就布里淵放大過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)上的探索。通過對(duì)泵浦能量提取效率、種子能量放大率和斯托克斯脈寬壓縮效率三個(gè)典型參量的測算,分析抽運(yùn)能量、種子能量和介質(zhì)聲子壽命在布里淵放大過程中作用規(guī)律。結(jié)果表明通過增大抽運(yùn)能量減少種子能量可以獲得更高的能量放大倍數(shù)。在低能量階段,介質(zhì)聲子壽命越小,脈沖能量放大倍數(shù)越高,脈寬展寬越小。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TL632.1
【圖文】：

實(shí)驗(yàn)示意圖見下圖 1-1，20ns 的激光脈沖從激光器出射，經(jīng)入射到錐形波導(dǎo)中，利用 Methane 氣體作為介質(zhì)把脈沖壓窄到 2ns 轉(zhuǎn)化率超過 70%。并且通過對(duì)實(shí)驗(yàn)及理論上分析提出，當(dāng)激光入射于受激布里淵散射產(chǎn)生反向 Stokes 光脈沖，兩脈沖通過聲波光柵相現(xiàn)脈沖壓縮。

圖 1-2 Stephan Schiemann 等人選用的布里淵脈沖壓縮結(jié)構(gòu)[3] 年，Iavor Velchev 等人[4]提出了一種新壓縮模型，模型采用的是態(tài)理論。利用數(shù)學(xué)計(jì)算得出脈寬壓縮的最窄界限，確定 SBS 脈于增益介質(zhì)的聲子弛豫時(shí)間的結(jié)論。他們采用的實(shí)驗(yàn)裝置如圖

圖 1-2 Stephan Schiemann 等人選用的布里淵脈沖壓縮結(jié)構(gòu)[3]，Iavor Velchev 等人[4]提出了一種新壓縮模型，模型采用理論。利用數(shù)學(xué)計(jì)算得出脈寬壓縮的最窄界限，確定 SB增益介質(zhì)的聲子弛豫時(shí)間的結(jié)論。他們采用的實(shí)驗(yàn)裝置如2nm 波長，選用 Water 作為 SBS 非線性介質(zhì)。緊湊雙池縮中，輸出脈寬實(shí)現(xiàn) 300ps，脈沖能量可以達(dá)到 5mJ；經(jīng)二級(jí)單池壓縮結(jié)構(gòu)。最終，斯托克斯的激光壓縮脈沖達(dá)到水中聲子的平均壽命(τ=295ps)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 鄧少永,郭少鋒,陸啟生,程湘愛;抽運(yùn)光參數(shù)對(duì)受激布里淵散射的影響[J];物理學(xué)報(bào);2005年07期

2 袁強(qiáng);魏曉峰;張小民;張鑫;趙軍普;黃文會(huì);胡東霞;;基于受激布里淵散射能量轉(zhuǎn)移的沖擊點(diǎn)火激光技術(shù)研究[J];物理學(xué)報(bào);2012年11期

本文編號(hào)：2796156