ICF甚多束激光打靶辐照光场的理论研究

论文摘要

在国内ICF领域,随着谱色散（SSD）技术的发展和各种状态方程实验的进行,多光束的传输和在靶面的叠加逐渐成为研究的热点。由于大多数光传输模拟平台（例如:神光99）只能实现单束光的计算,无法对靶场内甚多束激光复合打靶时靶面总的光场性质作出模拟和评价,根据这一需求,本论文建立了一套具有一定实用扩展性的激光传输及多光束在靶空间叠加的计算机仿真平台,用以实现对窄带激光以及经SSD技术变换过的宽带激光在打靶过程中传输和叠加的仿真模拟。首先,从基尔霍夫衍射积分公式和广义的菲涅尔衍射积分公式——Collins公式出发,介绍了光束叠加的坐标变换、光束经过随机相位板（RPP）和SSD后的传输特性,建立甚多束激光叠加的数学物理模型:从衍射积分出发,通过坐标转换,就可以建立多束激光的叠加模型;在窄带激光叠加的模型之上,结合RPP和SSD的传输变换理论,从而可以得到宽带激光传输叠加的数学计算模型。其次,借鉴国外直接驱动ICF装置辐照球靶的情况,引入分析球靶表面能量沉积均匀性的分析方法——球谐模分析法。利用该模型模拟了国外典型的ICF直接驱动装置辐照球靶时靶面能量沉积的不均匀性,同时对国内相关装置（TIL）也进行了直接驱动球靶假设下的理论模拟和分析,并把它与国外的直接驱动装置做了相应的比较。最后,利用搭建的多光束传输和叠加的数学模型,针对目前状态方程实验和直接驱动打靶的需求,分别模拟了窄带激光和经过SSD后的宽带激光辐照平面靶和球面靶的情况。对于大口径窄带激光,光束叠加采用相干和非相干两种方式,非相干方式主要是为了与球谐模做对比,相干方式主要是用于与宽带激光的叠加进行对比;对于宽带激光采用相干叠加的方式,模拟光束经过RPP+一维SSD和RPP+二维SSD的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 惯性约束聚变与高功率激光系统的研究发展概况
• 1.2.2 激光打靶实验对辐照光场均匀性的要求
• 1.2.3 束匀滑技术在ICF 中的研究与应用进展
• 1.2.4 高功率激光传输、变换和叠加的理论研究进展
• 1.2.5 主要的靶面辐照均匀性评价体系
• 1.3 本文研究内容及结构安排
• 第2章 光束叠加的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 窄带光传输叠加的基本理论及数值计算模型
• 2.2.1 光束叠加的坐标转换
• 2.2.2 广义衍射积分公式
• 2.3 宽带光传输叠加的基本理论及数值计算模型
• 2.3.1 随机位相板（RPP）的基本理论
• 2.3.2 谱色散匀滑技术（SSD）的基本理论
• 2.4 本章小结
• 第3章 球谐模分析法及光束叠加不均匀性分析
• 3.1 引言
• 3.2 球谐模理论
• 3.3 国外主要ICF 直接驱动装置能量沉积分析
• 3.3.1 国外主要直接驱动ICF 装置辐照不均匀性分析
• 3.3.2 国外主要直接驱动ICF 装置辐照不均匀度计算
• 3.4 原型装置光束叠加不均匀度的计算
• 3.5 本章小结
• 第4章 窄带光的叠加模拟
• 4.1 引言
• 4.2 大口径光束在近场和远场衍射的理论分析
• 4.2.1 大口径光束在近场的衍射积分分析
• 4.2.2 大口径光束在远场的衍射积分分析
• 4.3 八束激光辐照球靶的数值模拟
• 4.3.1 八束激光在球靶上非相干叠加的模拟
• 4.3.2 八束激光在球靶上相干叠加的模拟
• 4.4 四束激光辐照平面靶的数值模拟
• 4.5 本章小结
• 第5章 宽带光的叠加模拟
• 5.1 引言
• 5.2 宽带光在平面靶上的叠加结果
• 5.2.1 模拟参数选取
• 5.2.2 一维SSD 光束在平面靶上的叠加模拟
• 5.2.3 二维SSD 光束在平面靶上的叠加模拟
• 5.3 宽带光在球面靶上的叠加结果
• 5.3.1 一维SSD 光束在球面靶上的叠加模拟
• 5.3.2 二维SSD 光束在球面靶上的叠加模拟
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢