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在惯性约束聚变(ICF)研究中,由ICF驱动器主放大系统输出的基频光通常需要在空气中传输一段距离后才能到达频率转换器,而经过频率转换器输出的强紫外激光也要在空气中长程传输后才能实现最终的聚焦打靶。然而,强激光在空气中长程传输时会产生受激旋转拉曼散射(SRRS)效应,SRRS效应不仅会造成泵浦光的衰减,还会使强激光的光束质量变差。基频光光束质量变差不仅会导致谐波转换效率降低,而且,还会影响频率转换器输出强紫外激光的光束质量,而强紫外激光在空气中长程传输过程中产生的SRRS效应将进一步导致其光束质量变差,从而对聚焦打靶产生明显影响。因此,对基频光和强紫外激光在空气中长程传输时的SRRS效应研究具有重要的理论参考价值和实用价值。
本论文围绕ICF驱动器中基频光和强紫外激光在空气中长程传输过程中产生的SRRS效应,详细讨论了SRRS效应的阈值条件、斯托克斯光的转换效率,以及强激光的光束质量和位相的变化,并分析了强紫外激光的远场聚焦特性。论文的主要内容包括:一.建立了不同波长强激光在空气长程传输过程中产生SRRS效应的物理模型针对ICF驱动器中存在的两种不同波长激光、(基频光和紫外光)在空气中的长程传输,建立了较为全面的SRRS效应物理模型。该模型中详细考虑了斯托克斯光和泵浦光的衍射、Langevin(郎兹万)噪声源、介质的非线性极化、泵浦光的衰减、斯托克斯光的非线性放大、稳态拉曼增益系数等诸多因素。采用均方根梯度表征的随机位相屏来描述低频位相扰动,用随机位相扰动描述中、高频位相噪声,建立了波前位相畸变模型。
二.强激光在空气中长程传输过程中产生的SRRS效应研究对基频光和紫外光在空气中长程传输时产生的SRRS效应进行了数值模拟分析,详细讨论了强激光的峰值光强和脉冲宽度对SRRS阈值以及转换效率的影响,并分析了波前位相畸变对基频光和紫外光的空间光强分布的影响。
三.波前位相畸变对强激光在空气中长程传输后位相的影响研究对不同波长的强激光在空气中长程传输后的位相特性进行了研究,详细讨论了引入不同的波前位相畸变后,基频光和紫外光在空气中长程传输后位相畸变的变化,并定量分析了基频光和紫外光的位相畸变随传输距离的变化规律。
四.波前位相畸变对强紫外聚焦特性的影响研究对频率转换器输出的强紫外激光经过空气长程传输后的远场聚焦特性进行研究,详细讨论了引入不同的波前位相畸变后,强紫外激光在空气中长程传输后的焦斑形态,并计算分析了焦斑半径随空间位相畸变和传输距离的变化。