强激光长程传输中散射效应的影响研究

1、分类号：* U D C：*-*-(20*)*-0密 级：公 开 编 号：*大学学位论文强激光长程传输中散射效应的影响研究论文作者姓名：申请学位专业：申请学位类别：指导教师姓名（职称）：论文提交日期：强激光长程传输中散射效应的影响研究摘要惯性约束聚变(ICF)通过加热和压缩燃料启动聚变反应。在ICF装置中，到达靶丸之前激光将在一段长程空气中传输，这一过程中激光将与空气中的氮气N2分子发生相互作用产生非线性散射受激旋转拉曼散射(SRRS)，其对入射泵浦光的质量和能量影响最大。为了保证激光质量和能量，实现最终的顺利点火打靶，就必须减少SRRS的影响。本文通过麦克斯韦方程组建立物理模型，研究了激光空气

2、传输中入射泵浦光和散射斯托克斯光的变化关系，并利用仿真计算出SRRS的转化效率、阈值特性以及不同入射光强对散射光的影响。研究表明：泵浦光的传输距离和光强均会对散射光产生影响，这为抑制散射光提供了思路。关键词：惯性约束聚变；受激旋转拉曼散射；入射泵浦光；斯托克斯散射光The Research on Scattering Effect When Laser Travels a Long Distance in Air AbstractHeating and compressing the fuel is the way to start the fusion reaction up in iner

3、tial confinement fusion (ICF). In the experimental device of ICF, the laser travels a long distance in air before it reaches the target. As we know, nitrogen molecules exist in the air. It is nitrogen that leads to the stimulated rotation Raman scattering which is the most significant impact on lase

4、r quality and energy. In order to get good laser quality and energy, the bad effect needs to be reduced, and then we can ignite successfully. In this paper, Maxwell's Equations are used to build a physical model to describe the relationship between pump laser and Stokes light. The changes of the

5、 scattered light are also figured out as the incident intensity changes. And we observe the changes of the pump laser energy and stokes light energy as transmission distance increases. The research shows that the scattering light is influenced by both the transmission distance and light intensity of

6、 the pump laser. The result provide us with a way to restrain the scattered light. Key words: inertial confinement fusion; stimulated rotational Raman scattering; pump laser; stokes light目录论文总页数：20页1引言11.1当今能源的分布11.2我国各能源使用比例变化12 惯性约束核聚变12.1核聚变的定义22.2磁核聚变22.3惯性约束核聚变22.4惯性约束核聚变研究的发展32.4.1 国际发展32.4.2

7、国内发展与研究意义43受激拉曼散射53.1散射53.2拉曼散射53.3 受激拉曼散射63.4受激拉曼散射对ICF的影响64.激光空气长程传输中的受激旋转拉曼散射(SRRS)效应的物理模型74.1 麦克斯韦方程组74.2 空气中受激拉曼散射的阈值114.2.1传输距离对散射光的影响114.2.2入射泵浦光强对散射斯托克斯光的影响145 结论16参考文献17致 谢18声 明20第 1 页 共 24 页1 引言1.1 当今能源的分布现代工业的发展靠能源的带动。众所周知，煤炭、天然气和石油是我国主要能源。其中煤燃烧后，会产生CO2、氮氧化物、烟尘、CO等污染物。天然气在燃烧后，主要是CO2。SO2和氮

8、氧化物这二者是形成酸雨的主要污染物。而且烃类的燃烧会产生大量的二氧化碳，会造成温室效应。如今水污染和空气污染等异常严重，环保成为世界各国非常关注的问题。这催促着我们去寻求新能源的发展。推动新能源使用。1.2 我国各能源使用比例变化表1-1 各年份能源使用所占比例(%)错误!未找到引用源。从表1-1可以看出，从50年代到现在，煤炭的使用比例有所下降，但是在后期基本持平，与此同时，由于每年的能源使用基数在不断加大，可知煤炭的使用量每年也在不断增加，由此造成的污染越来越严重。我国自50年代以来的能源结构基本上没有根本性的改变，主要还是依赖于煤，石油，天然气。其他能源虽然比例略微上升，但是作用不大。传

9、统能源污染严重，并且终有一天会开发殆尽。这更加催促着我们去寻求新能源的发展。风能、太阳能、和核质聚变等均属于新能源，他们的主要特点就是清洁。其中，惯性约束聚变就是核质聚中很重要的分支研究方向。在惯性约束聚变中，为实现最后点火和顺利打靶。必须保证激光在最后一段空气中传输后的激光束质量与能量。而影响激光的质量和能量最大的非线性效应就是受激旋转拉曼散射。本文就是针对于此的研究。2 惯性约束核聚变2.1 核聚变的定义核聚变指氘和氚在超高温和超高压的条件下，核外电子摆脱原子核的束缚，造成两原子核互相吸引产生碰撞。聚变反应结合了轻原子核，如氢，形成较重的，如氦。为了克服它们之间的静电斥力，要求核要有数千万

10、度的温度，在这种情况下，它们不再形成中性原子，而是存在于等离子体状态中。此外，足够的密度和能量限制是必需的，正如劳森标准规定的那样。在这个过程中，电子和中子都被释放出来。这个过程中产生很大的能量。原子核从一种变为另外一种的过程，通常都会伴随着能量的释放。这就能够为人类提供能量，于是能量就有了新的出路。核聚变相比于一般的能源，更加的干净。它能产生巨大的能量但是不会产生常规能源会产生的污染。从某一程度上来说，原子核可以说取之不尽。所以核能的研究对我们至关重要。越来越多的科学家投身于此，世界各国对其的关注度也非常高。2.2 磁核聚变磁约束核聚变通过利用磁场(一种电流和磁性材料的相互影响限制)等离子体

11、热核聚变材料来产生聚变能。磁约束是聚变能研究的重要两个分支之一，另外一个重要分支就是惯性约束聚变。磁性约束聚变近些年发展的较为迅速，也被公认为在能源生产方面更具前景。2007年法国，ITER工程利用托卡马克磁约束几何构造500兆瓦的发电聚变装置。ITER(拉丁语意思为“道”)是国际核聚变研究工程，是世界上最大的磁约束等离子体物理实验。磁约束聚变用等离子体的电导率来制造聚变能源生产所需的条件。该条件可以认为是取得磁压和等离子体压力之间的平衡，或单个粒子沿磁场线螺旋。可实现的压力通常大约是时间约束到几秒时产生的压力。相比之下，惯性约束在更低的约束时间内有更高的压力，大多数的磁约束方案也有更多或更少

12、的稳定状态的优点，相对于惯性约束的固有脉冲操作。最简单的磁结构是电磁线圈。 它是一种带有磁性线圈的长圆筒绕线，在与气缸轴线平行的平行轴的直线上产生一个磁场。这样的电场会阻碍离子和电子径向丢失，但不能阻止从电磁线圈的末端丢失。有两种方法来解决这个问题。一种是尝试用一个磁镜挡在末端。另一种是通过弯曲围绕他们的磁场线来完全消除末端的丢失。然而一个简单的环形磁场，有较差的限制，因为磁场强度的径向梯度导致了轴方向的漂移。2.3 惯性约束核聚变惯性约束聚变1-3通过加热和压缩燃料目标启动聚变反应。压缩材料通常是含有氘和氚的混合颗粒。为了压缩和加热材料，我们用高能激光束，电子或离子将能量传递到燃料目标的外层

13、。然而，2015年几乎所有的ICF设备都用的是高能激光束。被加热的外层向外爆炸，产生了对剩余目标的反作用力。加速内层作用。压缩了目标燃料。这一过程的目的是创造一个冲击波，通过目标向心运动。一个足够大的冲击波能压缩和加热中心的材料，以至于能引发聚变反应。聚变反应产生的能量加热周围的材料，如果温度够高就能引发聚变。ICF的目的是点火时，加热过程引起链式反应(这需要大量的燃料)。典型的燃料颗粒大小约一个针头，含有大约10毫克的燃料：在实践中，只有小部分燃料将参与聚变，但是如果所有这些燃料被消耗，它会释放能量相当于燃烧一桶石油。总的来说，ICF就是利用粒子的惯性来对粒子进行约束。获取聚变能的主要步骤如

14、下： 驱动源提供脉冲式高强度能量，让能量均匀分布在含有氘氚燃料的微型球状靶丸外壳。 随着时间的积累，外壳表面形成高压和高温等离子体。 靶外壳在反作用力下，高速向心运动。 主燃料层被高度压缩，在局部氘氚燃料处形成高温高密度热斑，从而达到点火条件。 在高密度高温热核燃料来不及散开之前，热核充分燃烧，释放大量聚变能。2.4 惯性约束核聚变研究的发展2.4.1 国际发展表2-1 各国现在已经建立的ICF实验室国家实验室装置能量(KJ)脉宽束数建成美国LLNLNova45/30.1-3101984LLNLBeamlet6.4/3311994LLEOmega40/30.1-1601995日本ILEGekk

15、oXII15/30.1-1121983法国LimeilPhebus8/30.1-321986中国高功率激光物理国家实验室神光-I1.6/10.1-121985高功率激光物理国家实验室神光-II6/10.1-182000中国工程物理研究院星光-II0.15/30.1-111994英国RALVulan2/30.1-18从表2-1可以看出，多个国家都已建立了自己的实验室，美国和我国均建立了多个ICF实验室。美国对ICF研究的最早，并且已经取得了一些成果。本文进行验证的数据就是来自美国罗切斯特大学。下面2-1图就展示了美国的ICF实验室装置。(a)Nova激光大厅(b)Nova靶场(c)Omega激光

16、装置(d)Omega装置(e)Gekko XII激光装置激光大厅(f)Gekko XII靶场图2-1 美国的ICF实验室装置 1993年1月美国国家能源部开始实施“国家点火计划”。该计划主要分为两个重要部分：(1)技术基础，研究点火相关的技术,(2)制造实体的物理装置。1996年7月1日，这两项计划由两个部门管理。总的来说，90年代，美国为了发展固体激光材料技术等技术方面，斥资数十亿美元。建成了国家点火装置NIF。2.4.2 国内发展与研究意义王淦昌于1964年独立地提出激光聚变思想。随后中国科学院上海光机所，根据这一提议，开始了高功率激光驱动器的研制和应用。1993年，我国在 “863”计划

17、中提出了ICF，这进一步推动了国家ICF研究。1994年，神光2号建成。在此之前，神光1号在激光ICF和X射线激光等前沿领域获得了一批国际级别高层次的物理成就。1994年，神光2号工程启动，其规模比神光1号大4倍。在世界上来说，巨型激光驱动器能反应综合国力。研制ICF能提高一个国家的国防水平和国际地位。因此ICF的研制具深远意义。 图2-2 美国的国家点火设施图2-3 激光器高压电缆在实现打靶点火的时候，要求激光的质量和能量达到一定水平。但是由于在ICF装置中，激光会在空气中传输一段距离，这一阶段就会产生非线性散射中的拉曼散射，造成激光质量变差，能量分散。影响点火的顺利进行。本论文就主要针对于

18、拉曼散射进行研究。探究其产生的原理、机制，以及它的阈值条件和方法。3 受激拉曼散射3.1 散射当光束在均匀的透明介质传播时，从除在传播方向上外观察以外，是看不到光的。但是当光束在非均匀介质中传播的时候，在侧面上可见光束传播轨迹。也就是说光的散射就是:光在不均匀介质传播时偏离原方向传播。光的散射可以分为弹性散射和非弹性散射。颗粒的米氏散射就是弹性散射。弹性散射的特点就是散射光频率与入射光相同。非弹性散射中，光子能量与外界粒子有能量交换。这就造成了散射光和入射光的频率不同。拉曼散射就属于非弹性散射。非弹性散射，只有当入射的中子能量高于某一阈值时会发生非弹性散射。也就是有阈值的特点。3.2 拉曼散射

19、拉曼散射，也称拉曼效应，是光子的非弹性散射。它由C. V. Raman和他的一个学生K. S. Krishnan在液体中发现。后来这一效应也被G. Landsberg和Leonid Mandelstam在晶体中独立发现了。该效应的正确性在1923年被思梅卡尔.阿道夫以理论证明。拉曼相互作用的最终结果有两种：(1)与入射光作用的物质吸收了能量。并且发射出来光子比被吸收的光子的能力更低。该效应就叫斯托克斯效应。这个命名是为了纪念乔治.斯托克斯，他于1852年证明了荧光性的产生的原因：物质发射的光波长比物质吸收的光波长更长。(2)与入射光作用的物质丢失了能量。并且发射出来的光子比被吸收的光子的能量更

20、高。该效应就叫反斯托克斯效应4。图3-1 斯托克斯光和反斯托克斯光3.3 受激拉曼散射自发拉曼散射过程顾名思义为一个自发产生的过程，也就是说，在随机的时间内，其中一个光子被物质散射出来。另一方面，当自发拉曼散射产生斯托克斯光子，或者在原始光(泵浦光)注入斯托克斯光子(信号光)时，就会产生受激拉曼散射。此时，总的拉曼散射效率增大，并且超过自发拉曼散射。泵浦光子会更迅速的转换成为额外的斯托克斯光子。随着斯托克斯光子的增加，他们增长的速度也会增加。这有效地在放大了斯托克斯光。这个原理在拉曼放大器和拉曼激光器中得以利用。 我们知道当入射光强较弱时，产生的散射主要是自发散射，也就是普通的拉曼散射。而当入

21、射光强很强时，散射主要为受激散射。在实验研究中后发现，散射光的这种变化过程有阈值性。当入射光强超过某特定值后，散射光的强度就会突然迅速增大。这就是受激拉曼散射。 3.4 受激拉曼散射对ICF的影响激光在长程传输中与氮气相互作用5，产生受激旋转拉曼散射，与此同时，由于氮气的SRRS是大气中已知阈值功率最低的非线性效应之一，因而深入研究它具有重要意义。在大气中，尤其是自高层大气中，氮气的SRRS对激光的影响最大。拉曼散射光的出现，将对倍频光的强度分布和发散角产生很大影响，从而影响激光的攻击能力，影响打靶、点火的效率。ICF研究中，我们所用的高功率激光器主要由这几个部分组成：前端预放大级，主放大级，

22、空间滤波器，频率转换器，空气中的长程传输，靶场等组成。频率转换器的功能是将从主放大系统出来的基频激光进行三倍倍频，即由原来的(=1.053 um)变为现在的3(=0.351)。Type II Tripter 9 mm KD*PType I Doubler 11 mm KDP图3-2 NIF频率转换器 NIF频率转换器中的三倍频过程：波长为1053nm的入射光由晶体1进入，被部分转化为波长为531nm的近似倍频光。因为是部分转化，所以在第一块晶体和第二块晶体之间的光是1和2并存的光。紧接着，这部分光通过第晶体2，得到波长为351nm的三倍频激光。射出的激光将通过长距离的空气传输,然后打靶。我们必

23、须保证到达靶面的激光的质量和能量，才能顺利点火。但是从频率转化器中输出的激光，在输出光传输到目的地这段时间内，由于空气中N元素的存在6，三倍频光在长程传输中与其相互作用，产生受激旋转拉曼散射(SRRS)。SRRS的存在必将造成泵浦光能量损失和光束质量变差7。为了减小受激旋转拉曼散射(SRRS)的不良影响，我们有必要对其进行研究。并且我们知道在SRRS中存在阈值8，只有当泵浦光功率密度或光强达到一定值以后，散射光的相干性和方向性才增长较快。在入射泵浦光的功率超过某值(阈值)的时候，泵浦频率分量近似指数增长。当然在整个ICF实验发生装置中，也有其他的光学效应会影响光束质量。比如说，激光将在光学元件

24、中产生受激布里渊散射和受激拉曼散射。在ICF的频率转换系统里面，横向受激拉曼散射(垂直于激光传输方向的光散射)是对激光质量和能量影响最大的非线性效应10-11。它将造成基频光的能量损失。4 激光空气长程传输中的受激旋转拉曼散射效应的物理模型4.1 麦克斯韦方程组 为了描述强紫外激光在空气中传输所产生的受激旋转拉曼散射SRRS，本文采用了麦克斯韦方程组(Maxwell-Bloch-Langevin)对其进行描述。麦克斯韦方程组考虑了以下因素的影响(1)斯托克斯光(Stokes)和泵浦光的衍射(2)郎兹万(Langevin)噪声源(3)增益系数、光束口径、脉宽和强紫外激光能量密度(4)介质的非线性

25、激化和拉曼线宽从量子力学基本原理出发，可推导出强紫外激光的长程空气传输过程中的空间四轴近轴算符的麦克斯韦方程组。(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)(4-5)以下是对这个方程大概的解释说明(1)在笛卡尔坐标系中，式(4-1)左边第一项代表泵浦光的衍射。为泵浦光的量子场，式(4-1)左边第二项代表入射泵浦场随传输距离z的变化。是斯托克斯（Stokes）光的量子场，式(4-2)左边第二项代表斯托克斯光随传输距离Z的变化。ki(i=1、2、3.)代表耦合系数。和为物质极化，是光学声子的量子态。为衰减系数。是Langevin力。(2)k1,k2表达式如下所示(4-6) (4-7)噪声源和在空间和时

26、间上的自相关。参数k1, k2的表达式如式(4-6)与式(4-7)。其中，g为稳态增益系数，拉曼线宽为s-1, S是Stokes光频率，为3.4656×1015Hz, n是拉曼激活“原子”数密度，c的含义是空气中的光速，h为普朗克常数。(3)方程中的各符号具体含义若用 表示随空间和时间变化的场：(4-8)字母头上只有“”符号：表示随空间和时间变化的量子场，其含快变和慢变部分，为慢变部分，为快变部分。由也可以知道，字母头上同时含有“”和“”表示量子场的慢变部分：比如、和；字母头上仅有“”符号表示经典场的慢变部分：比如；字母头上没有任何符号表示经典场：比如；字母的右上角有“*”符号表示复

27、数共轭量，比如；字母的右上角有“+”符号表示厄密共轭量，比如。(4)式(4.1)等号左边的第一项表示入射泵浦光的衍射。式(4-1)等号右边项表示入射泵浦场与散射Stokes光量子场的非线性耦合。式(4-2)左边的第一项代表散射斯托克斯光的衍射，式(4-2)等号右边项表示入射的泵浦光和斯托克斯光量子场的非线性耦合。式(4-3)表示是物质极化Q随时间t的变化。(5)可利用分步方法来求解上述的Maxwell-Bloch-Langevin方程组。也就是说，可以将衍射以及光与介质的非线性作用分开计算。在计算衍射传输时用到的方程组可表示为(4-9)(4-10)计算衍射传输的时候，将振幅E(x,z)离散化。

28、计算过程本文利用快速傅立叶变换(FFT)实现。计算过程如下所示(4-11)其中：kj=0,1,Nj-1; j=1,2。将E(k,z)作离散傅立叶变换(4-12)作相应的逆变换为(4-13)当光束在自由空间传播时，可以得到如下表达式(4-14)其中:,。经过FFT变换在频率域传输后为：(4-15) 描述非线性介质极化过程的方程为：(4-16)(4-17)设定和在x, y方向的空间平均能量相同，就可以设定、仅与x, z和有关，就得到空间上的三维标准方程组：(4-18)(4-19)(4-20)(4-21)(4-22)4.2 空气中受激拉曼散射的阈值空气中受激拉曼散射阈值定义为：1%的泵浦光转换为斯托

29、克斯光的时候的激光传播距离。但是由于阈值距离L会受到g(拉曼增益系数)和I(入射光强度)的影响，所以将gIL的乘积定义为阈值条件，能更好的反应整个传输的阈值情况。为了能够更好的仿真计算相关物理量，更好的描述受激拉曼散射的特性，我们需要确定受激拉曼散射参数以及相关物理量。比如说：入射光与散射光的波长、拉曼线宽、泵浦光脉冲半宽度。在此次实验和计算中，泵浦光空间分布为10阶超高斯脉冲。并且其平顶部分没有调制。下表4-1列出了罗切斯特大学仿真计算中使用的参数。 表4-1 计算所用参数入射泵浦光的波长3.511×10-5cm斯托克斯光的波长3.5204×10-5cm初始泵浦光峰值功率

30、2.2×109Wcm-2初始斯托克斯光峰值功率0.02Wcm-2拉曼线宽7.52×109s-1拉曼增益系数6.76×10-12cm/W光束直径10cm传输距离30m拉曼激活原子数2.234×1019cm-3泵浦光脉冲半宽度2.5×10-10s斯托克斯光的圆频率5.3543×1015Hz4.2.1 传输距离对散射光的影响(1)传输距离Z对散射光的影响将上表中给出的参数带入程序中进行计算可得图4-1，为散射光和入射光的光通量随传输距离的变化曲线。图4-1散射斯托克斯光和入射泵浦光的通量随传输距离的变化曲线由图4-1得出：保持入射泵浦光强不

31、变，当传输距离小于某一特定值时，入射泵浦光强度与初始值基本一致，基本上没有削减；散射斯托克斯光强度几乎为零，没有增长。但是当距离达到某值(gIL达到阈值条件)以后，传输距离愈变愈大的时候，入射泵浦光的强度快速变小，下降速度几乎呈指数趋势。与此同时，散射斯托克斯光强度呈指数大幅度增长。在这幅图中，可以看到阈值传输距离Z为17m，阈值条件为gIL=25.2。(2)阈值处泵光和斯托克斯光的时间脉冲波形图4-2为阈值处入射泵浦光和散射斯托克斯光的时间脉冲波形，也就是一个周期内入射光和散射光波能量的变化情况。图4-2阈值处泵光和斯托克斯光的时间脉冲波形(3)不同阈值条件下的散射光转换效率在上图4-1中，

32、传输距离Z超过阈值传输距离后，斯托克斯散射光转换效率呈指数大幅度增长，如gIL40时，即传输距离为27.3米时，斯托克斯光的转换效率达到53%左右。因此斯托克斯散射光转换效率与阈值条件的变化曲线如图4-3。图4-3 斯托克斯光的转换效率由图4-3可知泵浦光光强不变的情况下，随着距离的不断增加，容易知道阈值条件gIL将增大，散射光的转换效率也不断提高。图4-4(a)展示了对数坐标下的受激旋转拉曼散射(SRRS)的转换效率。图4-4(b)给出了美国罗切斯特大学的计算和实验结果。 (a)本文的计算结果 (b)罗切斯特大学的实验与计算结果图4-4 斯托克斯光的转换效率变化曲线比较图4-4(a)与图4-

33、4(b)可得，本文计算结果与罗切斯特大学的结果基本一致。当泵浦光强为2.2×109W/cm-2，其他参数不变的情况下，所得结果基本相同。也就是说：散射斯托克斯光的阈值条件均为gIL=25，相应的传输距离L可以由L=25/gI求得为17米。当（对应的传输距离L为27.3米）时，散射光的转换效率均在53%左右。从而得以验证了本文数据的可靠性。但本文的计算结果和罗切斯特大学略有不同。比如：在散射斯托克斯光增长的时候本论文结果更迅速，结尾时更平滑。主要是因为罗切斯特大学计算时，考虑了入射泵浦光光转化为散射斯托克斯光时可能存在的所有频移，即S(8) =93.9nm、 S(10) =113.8n

34、m、S(6) =74.1nm以及S(12) =133.6nm。但本文只考虑了主要频移S(8) =93.9nm。4.2.2 入射泵浦光强对散射斯托克斯光的影响(1)泵浦光能量对阈值Z的影响由阈值条件定义为gIL,可知受激拉曼散射的阈值将受到入射泵浦光光强的影响。图4-5给出了在入射泵浦光强度为IL0下，散射斯托克斯光与入射泵浦光通量随传输距离Z的变化曲线，图4-6给出了在入射泵浦光强度为IL0下，散射斯托克斯光与入射泵浦光通量随传输距离Z的变化曲线。图4-5 IL0时的散射光 图4-6 IL0时的散射光比较图4-5和图4-6，当IL0=时，阈值L=17m；而当IL0=时，阈值L=8.5m。由此可

35、见，入射的泵浦光能量越强，产生受激拉曼散射的阈值传输距离越小，泵浦光转化为散射光更快。(2)泵浦光能量对转换效率的影响图4-7和图4-8进一步给出了在不同的泵浦光能量输入时，泵浦光转换为斯托克斯光的效率曲线。图4-7 IL0 SRRS的转换效率曲线图4-8 IL0 SRRS的转换效率曲线如图4-7和图4-8所示，随着入射泵浦光能量增强，产生的散射斯托克斯光阈值时的传输距离越短，转换效率显著增加。当IL0，强激光传输距离为27.3米，泵浦光转换成斯托克斯光的效率为53%左右，而当IL0，同样的，强激光传输距离为27.3米时，泵浦光转换成斯托克斯光的效率为78%左右。转换效率容易计算得到增加了25

36、%。并且从图4-7和图4-8对比知道：入射泵浦光的能量越高，相应的散射斯托克斯光能量增加越快，SRRS效应越明显。结论本文介绍了惯性约束聚变的研究意义，以及受激拉曼散射的基本概念；建立了SRRS(受激旋转拉曼散射)物理模型，重点研究了ICF装中倍频晶体出射的激光经过长距离空气传输时，产生的受激旋转拉曼散射以及其对激光质量和能量造成的影响；分析了散射光的阈值和阈值影响因素。结果表明：1. 入射光能量一定，通过分析入射光和散射光在不同传输距离处的能量值变化图可得：当入射光在阈值传输距离内传输时，入射光能量基本保持不变；与此同时，所产生的散射光基本为0。随着传输距离逐渐增加，增加到某值后，入射光能量

37、呈下降趋势，散射光开始增加；当传输距离达到阈值后，入射光呈指数减少，同时散射光呈指数大幅度增加。同时本文将距离达到阈值以后的受激旋转拉曼散射(SRRS)的转换效率，与美国罗切斯特大学的实验数据进行了比对。结果基本一致，验证了本文实验数据的正确性。2. 通过改变入射光能量（第一次为2.2×109W/cm2，第二次为4.4×109 W/cm2），所得阈值距离将随着入射光能量的增加而明显变短。3. 通过分析在不同入射光光强的情况下，传输距离达到阈值以后的散射光的转换效率，得出：入射泵浦光能量越强，其转换为散射斯托克斯光的效率提高速度越快。 由以上分析可知，入射泵浦光传输距离和泵浦

38、光能量变化对SRRS效应影响非常明显。 从这个方面说来，为了提高激光的质量和能量，可以采取以下措施：(1)减少在空气中的传输距离,(2)合理选择泵浦光能量。 参考文献1 刘述杰. ICF甚多束激光打靶辐照光场的理论研究D. 哈尔滨：哈尔滨工业大学硕士论文，2008.62 杜凯. 快点火锥壳靶制备技术基础研究D. 绵阳：中国工程物理研究院博士论文，2014.63 王婷. 微靶装配在线监测系统关键技术研究D. 天津：天津大学博士论文，2009.64 Seeger T, Leipertz A. Experimental comparison of single-shot broadband vibr

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