《自離化電漿中雷射拉曼放大機制的理論與模擬研究》是依託中國工程物理研究院雷射聚變研究中心，由張智猛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：自離化電漿中雷射拉曼放大機制的理論與模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張智猛
- 依託單位：中國工程物理研究院雷射聚變研究中心
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雷射拉曼散射放大機制通過電漿中的向後拉曼散射效應來實現超高功率雷射脈衝的壓縮和放大。但是，泵浦雷射穿過電漿時會提前導致熱噪聲的拉曼不穩定性增長並損耗能量，限制了這種機制的實際套用。為了克服這個缺點，Malkin於2001年提出自離化電漿中的拉曼放大概念。它以氣體為媒介，讓泵浦雷射強度低於氣體的離化閾值，避免產生電漿而發生不穩定性。而種子雷射則強到足以離化氣體形成電漿，進而實現放大。本申請項目將對這種自離化電漿中的雷射拉曼放大機制進行系統的理論和模擬研究，特別是發展包含離化過程的物理模型來理解離化與三波作用的耦合，以及發展對應的一、二維粒子模擬程式。輸出雷射的飽和強度和能量轉換效率是雷射放大技術中的兩個關鍵參數。本項目旨在理解自離化拉曼放大的內在物理機制，尋找合適的雷射、電漿參數以及探索一些新的方法來提高兩個關鍵參數，進而推動該機制的技術實現。
結題摘要
電漿中的雷射背向拉曼放大機制可以產生超高功率的雷射脈衝。在本項目資助下，我們對該機理開展了系統的理論和模擬研究。我們在原有自主發展的粒子模擬程式Opic1D/2D基礎上發展了多個物理計算模組，包括場致離化、磁撞離化、移動視窗、動態負載平衡技術等，從而具備模擬長距離的預離化和自離化電漿的強雷射拉曼放大過程的一維和二維數值仿真能力，為本項目的模擬工作提供了十分有效的研究手段。利用Opic程式，我們研究了電漿密度對雷射拉曼放大機制的影響。研究發現，對於給定的泵浦雷射強度，存在著一個最佳化的電漿密度可實現最高的能量轉換效率。通過理論，我們得到該最佳化電漿密度值對應於電漿波破的閾值，表明適當的電漿波破有利於實現最佳的雷射拉曼放大。同時，放大雷射的飽和強度受限於相對論自調製不穩定性，也與電漿密度相關。緊接著，我們研究了啁啾寬頻雷射在電漿中的拉曼放大過程。研究發現一個大的泵浦啁啾可有效的提出輸出雷射強度，但會帶來放大效率的下降。我們通過調節雷射頻寬來最佳化放大過程，得到最佳的種子雷射頻寬應為泵浦雷射頻寬的1-2倍。另外，我們還研究了朗道阻尼效應在雷射拉曼放大的影響。發現在一定的電子溫度條件下～90eV，朗道阻尼效應有利於抑制放大雷射的次級峰，從而形成單峰型放大雷射，並提高放大效率。最後，針對自離化電漿中的拉曼放大機制，我們建立了含離化過程的雷射拉曼放大物理模型，基於該模型，我們研究了離化前沿的能量損耗影響。研究發現離化前沿的能量損耗可有效的延緩放大增益波的速度，而這有利於實現放大增益波和種子波的包絡匹配，從而提高拉曼放大效率。同時，離化前沿的蘭移效應在非線性放大階段不會對放大過程造成太大影響。模擬證實自離化電漿中的雷射拉曼放大是一個有效的技術途徑。這些研究結果將有助於推於雷射拉曼放大機制的技術實現和促進超強功率雷射放大技術的發展。
