激光在间接驱动靶腔壁上的投影焦斑分布特性

摘要

在激光间接驱动惯性约束核聚变（ICF）中心点火装置中，靶面均匀辐照是实现 ICF成功点火必不可少的条件之一。同时，靶面均匀辐照对提高靶丸压缩比有一定的影响，也可以降低对激光能量的要求。若注入的光束剖面相同，影响靶面辐照均匀性的因素有很多，如光束的空间排布、光束的光强分布、聚焦位置和靶面的完善程度等。在激光加热初期，激光辐照柱形靶腔壁的均匀性对X光辐照燃料球靶面的均匀性会产生一定的影响。因此有必要对强激光经过靶室上的透镜聚焦辐射到达腔壁的焦斑光强分布特性进行仔细研究。 基于靶壁均匀分布的重要性，本学位论文研究的主要内容如下：间接驱动装置中入射平顶高斯光场受集群调制的影响，在腔内及靶壁上多束平顶光束焦斑分布，部分相干平顶激光组束投射腔壁光强分布特性。 1.结合广义的惠更斯-菲涅耳衍射积分公式，研究了高功率间接驱动聚变中平顶高斯光束在理想情况下以及经有限个小尺寸振幅调制型“缺陷”的透镜之后照射在腔壁的投影光强分布。建立了平顶高斯光束受集群调制之后的光强的模型，并着重分析了离焦量、入射角度、振幅调制幅度、“缺陷”尺寸大小、集群调制等因素对受振幅调制的光束经透镜聚焦后打靶在腔壁上近场的演化规律的影响。结果表明，离焦量增加和入射角度适当增大，光场分布更均匀更集中。不同调制尺寸、调制深度对高斯光束在传输过程中的影响相似，且调制深度越大，产生的光强振荡越明显。 2.多束平顶高斯激光束投影在激光间接驱动聚变装置腔柱内部和靶壁上，推导出其投影焦斑相干叠加的光强解析表达式。着重分析了轴向距离、离焦量、入射角和聚焦F数等因素对投射在腔内部横截面上的光斑光强分布的影响，以及离焦量、入射角、F数和腔径大小等因素对靶壁上的辐照投影焦斑光强分布的影响。仿真结果表明，增大离焦量和聚焦F数，辐照在腔柱内靶面上和垂直于腔轴切面上各投影光斑的光强变化变得平缓，且腔靶内表面上的光强分布均匀性变差，且增大聚焦F数或增大离焦量，将使得投影焦斑尺寸有减小的趋势。在腔壁上要获得均匀性比较好的光斑，跟靶腔半径和注入角度的选取有比较密切的联系。 3.建立了在驱动过程中部分相干激光组束通过透镜在黑腔柱体传输的模型。利用柯林斯公式，将各个锥环的所有激光束投射到腔壁上的各个焦斑光强非相干叠加，研究其光强分布特性。文中详细分析了空间相关长度、透镜聚焦F数、离焦距离对靶壁上焦斑光强分布均匀性的影响情况。空间相关度增大时，非相干叠加得到的亮斑有光强度增大的现象，光强起伏也变得更剧烈，顶部光强分布均匀性变差；增大透镜聚焦F数，使得焦斑光场增强，光强震荡程度加深，光场分布更不均匀；而离焦量变大时，靶腔壁上的光强度降低，其震荡程度也减弱，光强峰值差值变小，顶部光强分布变均匀。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外发展概况

1.3 研究的目标及意义

1.4 论文各章节安排

第2章 光束传输的基本理论

2.1 广义衍射理论方法

2.2 部分相干光束理论

2.3 入射激光束的介绍

第3章 振幅型调制对平顶高斯光束在腔内传输的影响

3.1 理想和受振幅调制的模型及理论基础

3.2 数值仿真结果

3.3 结果与讨论

第4章 多束平顶光束在腔内及靶壁的光强分布

4.1 计算模型和理论分析方法

4.2 实验系统及测量结果

4.3 结论

第5章 部分相干平顶激光组束投射腔壁光强分布特性

5.1 数学理论模型建立

5.2 数值计算结果与分析

5.3 结论

第6章 本论文的主要结论及创新点

6.1 本文的主要结论

6.2主要创新点

参考文献

致谢

附录A 常涉及到的基本变换矩阵表

个人简历、在学期间研究成果及发表的学术论文