基于时间透镜系统的新型激光脉冲产生及特性研究

论文摘要

随着不可再生能源的日益消耗,能源问题逐渐被世界各国重视。核聚变由于拥有释放能量巨大、燃料十分充足、对环境清洁无污染等优点被科学家们重点关注。因此,研究如何实现可控的核聚变是解决目前能源危机的最佳途径,而激光惯性约束核聚变是目前实现可控核聚变的主要方式之一。为了实现可控核聚变,科研工作者们提出了多种激光驱动方案,其中被广泛采纳的是中心点火方式。目前,激光等离子体不稳定性是影响成功聚变点火的关键因素之一。为此,B.Afeyan等提出了采用STUD脉冲整形技术(Spike train of uneven duration or delay pulses)来抑制这种激光等离子体不稳定性问题。STUD脉冲的子脉冲是具有特定指标的平顶脉冲,因此如何获取高质量的平顶脉冲是采用STUD脉冲抑制激光等离子体不稳定性的核心环节。另一种点火方案是Betti等提出的冲击点火方案,该方案由于具备低点火能量阈值、高增益以及更好的流体力学稳定性等优势,已成为实现惯性约束聚变点火的新型方案。高时间精度、高峰值功率对比度的冲击脉冲是成功实现冲击点火的必要条件,因此如何实现对冲击脉冲脉宽以及峰值功率对比度等参数高精度可控是最终能否实现冲击点火的重要因素之一。面向聚变中高品质、高精度可控的特定时域脉冲的应用需求,本论文提出一种基于循环位相调制的时间透镜系统,通过数值模拟的方法来产生高精度可控的新型激光脉冲,主要包括STUD脉冲、冲击脉冲、超短脉冲等。主要研究内容如下。基于分步傅里叶算法进行数值模拟,通过设计初始超高斯脉冲、对称二次位相调制函数及脉冲压缩系统,实现了脉宽2.8 ps、上升沿1.7 ps、光谱控制精度0.1 nm、峰值功率波动率不超过3%的平顶脉冲。这种对脉冲脉宽、上升沿、频谱宽度高度主动可控的平顶脉冲有助于抑制激光驱动聚变过程中的激光等离子体不稳定性。通过设计初始子脉冲波形、非对称二次位相调制函数构型以及优化脉冲压缩系统等参数,实现了对脉冲宽度与峰值功率对比度单独主动可控的冲击脉冲。在采用冲击点火方案实现聚变点火时,不同装置、不同的物性状态需要不同性能指标的冲击脉冲,因此这种对脉冲宽度,峰值功率对比度高度可控的冲击脉冲具备更强可适应特性。通过错位削波脉宽11.77 ps的高斯脉冲、增大位相调制频率及优化其他系统参数,可以产生76 fs的超短脉冲。该装置可以实现对输出脉冲脉宽、上升沿等脉冲性能指标的高度主动可控,克服了传统的被动锁模技术产生的超短脉冲性能参数难以调节的缺点。本论文中提出的时间透镜系统采用非锁模方式实现高精度可控的新颖脉冲波形,系统结构简洁,易于操作。通过优化设计该时间透镜系统的相关参数,可以产生高度可控的STUD脉冲、冲击脉冲以及超短脉冲,这对如何实现激光惯性约束聚变中所需要的特殊激光脉冲波形具有重要参考意义。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 肖鸿晶

导师: 唐玉龙

关键词: 时间透镜,脉冲,冲击脉冲,超短脉冲

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 上海交通大学

分类号: O437;TN249

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.002816

总页数: 82

文件大小: 3663K

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