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ICF裝置中的新型光場(chǎng)調(diào)控方法—光強(qiáng)分布和偏振同時(shí)快速旋轉(zhuǎn)

更新時(shí)間：2025-06-16

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　　激光驅(qū)動(dòng)的慣性約束聚變(ICF)裝置對(duì)靶面的輻照均勻性要求，然而因?yàn)榧す鈨?nèi)部子光束之間相互干涉，遠(yuǎn)場(chǎng)焦斑內(nèi)部存在大量散斑，進(jìn)而產(chǎn)生成絲、受激背向散射等各種非線性不穩(wěn)定效應(yīng)。受激背向散射是指激光與等離子體相互作用過程中，部分光沿著激光路徑相反方向逃逸出黑腔。該效應(yīng)主要包括受激拉曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)，會(huì)降低激光能量利用率，并對(duì)“點(diǎn)火"過程造成破壞。

　　研究發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)入射光場(chǎng)偏振態(tài)的快速調(diào)控，可以破壞背向散射增長(zhǎng)路徑，從而實(shí)現(xiàn)背向散射的有效抑制。這不但能有效解決ICF背向散射的問題，更在激光與物質(zhì)相互作用中有諸多潛在應(yīng)用。

　　四川大學(xué)張彬教授團(tuán)隊(duì)提出了一種偏振快速旋轉(zhuǎn)勻滑方案，該方案通過對(duì)激光集束的空間位相、光譜和偏振的綜合調(diào)控，將各個(gè)子束變換成拓?fù)浜蓴?shù)異號(hào)、偏振方向的渦旋圓偏振光，進(jìn)而利用存在頻差子束間的拍頻效應(yīng)使得焦斑的光強(qiáng)分布和偏振均快速旋轉(zhuǎn)。光強(qiáng)分布的快速旋轉(zhuǎn)能夠有效地改善激光輻照均勻性，而偏振的快速旋轉(zhuǎn)則能顯著地抑制受激背向散射。

　　該偏振快速旋轉(zhuǎn)方案采用螺旋位相板(SPP)將集束中的子束變換成拓?fù)浜蓴?shù)異號(hào)的渦旋光束，進(jìn)而利用偏振控制板(PCP)將各個(gè)子束變?yōu)樾D(zhuǎn)方向反向的圓偏振光。存在一定波長(zhǎng)差的各相干子束相繼通過連續(xù)位相板(CPP)陣列、SPP陣列、PCP陣列后，由楔形透鏡聚焦到靶面上(圖1)。波長(zhǎng)不同、偏振方向相同的靶面光場(chǎng)分量發(fā)生干涉，從而實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)分布和偏振同時(shí)隨時(shí)間而快速變化。

　　圖1 偏振快速旋轉(zhuǎn)勻滑方案

　　靶面光場(chǎng)及其輻照特性如圖2所示。焦斑任一位置的x、y方向光強(qiáng)分量均隨時(shí)間發(fā)生皮秒量級(jí)的周期性變化，且具有π的位相延遲[圖2(a)]。圖2(b)給出了不同波長(zhǎng)組合情況下焦斑光通量對(duì)比度隨時(shí)間的變化。結(jié)果表明，當(dāng)子束波長(zhǎng)均不相同時(shí)，焦斑光通量對(duì)比度下降最快，這表明偏振態(tài)相同的子束間的動(dòng)態(tài)干涉將顯著改善激光輻照均勻性。

　　圖2 (a)焦斑任一位置的x、y方向光強(qiáng)隨時(shí)間的變化;(b)不同波長(zhǎng)組合情況下焦斑光通量對(duì)比度隨時(shí)間變化

　　研究結(jié)果表明，該方案在改善激光靶面輻照均勻性的前提下，亦可有效抑制受激背向散射，為ICF裝置提供一種新型光場(chǎng)調(diào)控手段。

　　在后續(xù)的研究工作中，本團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)關(guān)注靶面光場(chǎng)偏振態(tài)的動(dòng)態(tài)快速調(diào)控新方法及其對(duì)受激背向散射的抑制作用，并拓展其在激光與物質(zhì)相互作用等領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　參考文獻(xiàn)：中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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ICF裝置中的新型光場(chǎng)調(diào)控方法—光強(qiáng)分布和偏振同時(shí)快速旋轉(zhuǎn)