啁啾激光脉冲产生受激拉曼散射的理论和粒子模拟研究

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1、万方数据中国工程物理研究院学位论文(申请中国工程物理研究院硕士学位)啁啾激光脉冲产生受激拉曼散射的理论和粒子模拟研究学科：等离子体物理研究生：许峰指导教师：曹莉华研究员二00九年六月万方数据TheoreticalandNumericalStudiesonStimulatedRamanScatteringbyaChirpedLaserPulsebyFengXuSubmittedtoChinaAcademyofEngineeringPhysicsinpartialfulfillmemoftherequi

2、rementforthedegreeofMasterofScienceMajorsubject：PhysicsofPlasmaSupervisor：ProfessorLihuaCaoJune2009万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文

3、中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：许峰签字日期：2。p7年多月t7日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部门或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学位论文作者签名：讶峄签字日期：2∞穸年莎月，7日汐l葫降怕川名期签日●I，●师字导签万方数据摘要高强度激光与密度低于四分之一临界密度的

4、次稠密等离子体相互作用时，会发生受激拉曼散射现象，即入射光波衰变成电子等离子体波和散射光波。在激光惯性约束聚变物理中，大振幅等离子体波波破产生极高能量的电子。这些超热电子射程较长，会预热靶芯的热核材料，影响压缩对称性。同时散射光波损失激光能量，降低吸收系数。因此受激拉曼散射对激光惯性约束聚变是有害的。另一方面，在激光等离子体加速器中，拉曼散射能被用来驱动相对论性等离子体波，加速电子到MeV能量。由于受激拉曼散射的重要性，近年来提出了引入激光频率啁啾以控制其增长的方法。本文从入射光波，散射光波和等离子

5、体波的三波耦合方程出发，推导了小带宽频率啁啾对拉曼散射的影响。频率啁啾的引入导致了脉冲内部激光波数在空问上的非均匀性。对于拉曼背向散射，由于散射光沿与入射光相反方向传播，必将经历入射光的不同部位，而啁啾的引入使得激光脉冲不同部位的频率及波矢改变，必将导致三波相位失配。因而频率啁啾对拉曼背向散射有不依赖于啁啾符号的抑制作用。对于拉曼前向散射，正(负)啁啾对拉曼前向散射有微弱的增强(减弱)的作用。这是由于等离子体的密度扰动是从波头至波尾逐渐累积的，正啁啾脉冲在波头处的频率最小，因而具有最大的局域增长率，

6、从而使得在整个脉冲内部累积得到更大的等离子体密度扰动，最终使得不稳定性被加强。另外本文分析了大带宽啁啾脉冲在等离子体中传播时的群速色散效应和不稳定性增长的有限带宽效应，这两种效应的结合导致了大带宽正(负)啁啾对拉曼前向散射的极大加强(抑制)。最后，本文采用1D3V粒子模拟程序观测了不同啁啾参数下的受激拉曼散射现象，得到了频率啁啾对拉曼背向散射所激发的等离子体波的增长和超热电子产额的抑制，这种抑制作用不依赖于啁啾符号。同时对于拉曼前向散射，正(负)啁啾对等离子体波的增长率和超热电子产额有提高(降低)的

7、作用。关键词：激光惯性约束聚变，受激拉曼散射，频率啁啾，群速色散，带宽万方数据摘要II万方数据AbstractStimulatedRamanScattering(SRS)occursduringtheinteractionofalaserpulsewithanunderdenseplasmawithelectrondensityno≤n。,／4，where％istheplasmacriticaldensity．SRSisaninstabilitywherebyanincidentlaserwaved

8、ecaysintoascatteredelectromagneticwaveandaplasmawave．Ramaninstabilityplaysanimportantroleinlaser-driveninertialconfinementfusionscheme，becauseelectronsmaybeacceleratedtoahighenergybytheplasmawave．Andthesesuprathermalelectronsmaypreheatt