单光束动态聚焦下的焦斑演化特性研究

Laser plasma instability is the key for inertial confinement fusion in direct drive and the distribution of laser focal spot has direct impact on it. Optical zooming is proved to reduce the irradiating focal spot while the target is compressing. During this process, the distribution of laser focal spot changes dramatically, which has been hardly researched. In this subject, the evolution of zooming focal spot will be analyzed from its root cause, such as nonuniform gain, nonlinear sef-focusing, wavefront and wavelength variation in zooming process. The physical image of zooming focal spot will be built for laser plasma instability research.

在激光直接驱动聚变点火中，激光焦斑与靶相互作用产生的激光等离子体不稳定性严重影响束靶能量耦合效率，而激光焦斑分布对激光等离子体不稳定性有直接影响。动态聚焦技术提出焦斑尺寸与靶丸压缩过程同步减小，在此过程中不同时刻焦斑尺寸有显著差异，焦斑分布特性也会发生明显变化，目前对于这方面的研究几乎为空白。本项目旨在针对动态聚焦中焦斑演化特性进行研究，通过开展理论研究增益不均匀性、非线性自聚焦、主动引入的波前与波长变化等因素对焦斑产生的影响，初步描绘动态聚焦过程中焦斑演化的物理图像，为后续激光等离子体不稳定性研究奠定基础。

本项目针对直接驱动单光束动态聚焦与束靶耦合过程中激光等离子体不稳定的研究需求，开展了焦斑演化研究。研究了主放段增益不均匀性和倍频段非线性小尺度自聚焦对激光近场强度分布的影响及规律，提出了采用PSD熵评价三倍频段近场小尺度自聚焦发展规律，获得了小尺度自聚焦产生的判据，为装置安全运行提供指导依据；分析了非线性自聚焦过程中的三倍频焦斑演化规律；研究了单光束动态聚焦过程中波长变化对三倍频焦斑演化的作用机理，并获得了该条件下焦斑演化规律。研究发现，近场强度分布发生变化对焦斑分布影响不大，而波长的变化对焦斑speckle的重新分布有着巨大的影响。针对这两种因素导致的焦斑演化情况，分别建立了焦斑性能评价方法，为物理过程中研究激光等离子体不稳定提供更加明确的的输入参数。