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驱动神光Ⅱ激光相干性对背向散射影响研究

  神光Ⅱ装置建于上个世纪90年代,是当前我国规模最大、国际上为数不多的高性能高功率钕玻璃激光装置。它在规模上处于世界上正在运行的同类装置的第四位,2000年运行以来性能稳定,光束质量及运行输出指标要求已与当今国际高水平的大型激光驱动器光束输出质量水平相当,具备了高水平运行的综合技术能力。该装置上进行的物理实验已取得一系列阶段性重大成果,其中惯性约束聚变直接驱动打靶,获得单发4×10中子,是国际同类装置获中子产额的最好水平,为我国惯性约束聚变研究做出了重大贡献。

  神光Ⅱ为我国惯性约束聚变、X光激光、材料在极高压状态下的参数测量等前沿领域开展科学研究提供不可替代实验手段,是该领域的重要实验平台。近日,研究人员利用神光装置激光对背向散射的影响研究。

  实验利用“神光Ⅱ”高功率激光装置输出两路激光进行,如图1所示。

  图1 实验光路示意图

  1#激光水平入射,3#激光从斜下方入射,两路激光以约42的夹角点聚焦叠加辐照Au平面靶,焦斑尺寸约f120mm。激光均为倍频,波长527nm,脉冲宽度约1ns,能量约250J。因为主要关心的是背向散射变化情况,所以在实验中采用f25mm的平面小口径取样镜取样的方法来获得部分背向散射信号进行测量。背向散射的主要成分为SBS和SRS,分别对两路的SBS能量、SRS能量进行了测量,测量光路如图2所示。

  图2 1#背向散射测量光路排布示意图

  各个元件以及测量仪器在实验过程中保持不动,以保证所记录的数据之间具有可比性。

  利用激光都是线偏振光的特点,改变其中一路激光的偏振方向,如转动90°的情况下,倍频转换效率保持不变,但是从倍频晶体中出射的激光的偏振方向却发生了90°的变化。因此,通过旋转3#的倍频晶体,实现了两种不同的相干情况。利用参数ζ = cosq来表征相干的状态,其中q为两束激光偏振方向的空间夹角。

  实验结果

  图3给出了不同相干条件下1#和3#SBS、背向散射的能量测量归一化后的结果,可以明显看出,随着两束激光相干程度ζ的增加,四组数据呈现一致的增长趋势。在其他条件不变、只改变两路驱动激光之间的束间相干条件时,SBS、SRS能量都明显地增长,表明两束激光存在着较强的束间相干性,并直接影响到背向散射。

  图3 SBS、SRS背向散射能量测量结果

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