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用宽带激光器减轻激光等离子体参数的不稳定性

激光等离子体不稳定性 (LPI) 会导致激光能量损失、压缩不对称和不充分以及目标预热，因此被认为是惯性约束聚变研究的主要关注点之一。LPI 的缓解可以提高激光-目标耦合效率并优化目标压缩动力学，这对于实现稳健和高效的聚变点火至关重要。几十年来，人们一直在研究具有多色分量或随机相位的宽带激光器，作为减轻 LPI 的有效替代方案。在这里，我们简要概述了宽带LPI的进展，包括宽带激光器的模型、涉及的物理、有效抑制LPI的条件，以及一些产生宽带激光器的方案。

介绍

在大多数惯性约束聚变 (ICF) 方案中，激光照射会产生大规模等离子体，其中目标包含氘和氚燃料被高功率激光束直接（直接驱动）或间接（间接驱动）压缩，在高功率激光与大规模等离子体的相互作用过程中，激光等离子体不稳定性 (LPI) 可以在 10 皮秒时间尺度内充分发展。LPI，例如受激拉曼散射 (SRS)、受激布里渊散射 (SBS) 和双等离子体衰变 (TPD)，是实现聚变点火的主要障碍之一，因为它们会导致显着的激光能量损失、不对称和不充分压缩和目标预热; 。

交叉光束能量转移 (CBET) 可能会显着影响 ICF 中的内爆速度和烧蚀压力，通常涉及许多激光束，其中一个泵浦光束是种子光，通过与另一个泵浦光束的跳动来驱动 SBS一。尽管 LPI 的非线性过程及其缓解措施已经研究了五年，这些问题尚未得到完全理解和解决，部分原因在于大时空尺度下的参数敏感性和复杂的耦合机制。对于 LPI 的缓解，已经提出了一些想法，例如使用持续时间和延迟不均匀的尖峰序列、二次谐波和三次谐波混合、应用强直流磁场、偏振旋转以及宽带激光器。

国家点火装置 (NIF) 最近取得的 1.3MJ 聚变能量产量表明，提高激光-目标耦合效率仍然是实现稳健高效点火的关键问题. 与近真空空腔的折衷方案相比，可以使用宽带激光器控制充气空腔的能量损失和动态行为，这可以提高系统稳定性。关于冲击点火的实验结果还表明，对丝化和 SRS 的良好控制仍然是冲击点火方案成功的关键因素与 LPI 缓解相关的基本物理学是打破相位匹配条件，使不稳定性在有限的时间和空间内有效增长。目前，宽带激光器被认为有希望用于未来的 ICF 驱动器。在本文中，我们概述了在该主题上取得的相关进展。

从 20 世纪 70 年代初期开始，人们就开始研究通过宽带激光器减轻 LPI。早期的宽带激光模型基于 Kubo-Anderson 过程，其中激光相位范围内随机跳跃。随机相位的平均跳跃时间（相干时间）导致带宽。通常根据泵浦框架变换对随机相位方程进行简化，其中入射激光的群速度与接近四分之一临界密度或其他特殊配置的子波相比，假定为无限大。线性随机微分方程的解可以用格林函数表示，增长率由极点的虚部求得。

随机相位模型也用于描述由平滑激光器驱动的 LPI，平滑激光器通过频率调制引入小带宽，与随机相位模型不同，低相干激光是由具有大带宽（例如50 nm）的基本种子脉冲产生的，其在脉冲激光持续时间内的任何时间都具有宽光谱， 在数值模拟中，这些类型的激光器通常被认为由许多不同颜色的组件组成。最近提出了类太阳光模型，它可以描述具有连续频谱的宽带激光。这种激光器满足麦克斯韦方程，可以很容易地在模拟代码中实现。

研究了通过具有随机相位的宽带激光在均匀等离子体中减轻 LPI，并发现当激光带宽远大于线性增长率时，可以降低参数不稳定性。还发现非均匀等离子体中对流模式的阈值会因大带宽而增强。通过粒子模拟研究了由宽带泵驱动的不稳定性的反射率和非线性演化，这表明通过稀薄等离子体中不同颜色成分的波拍增强了前向 SRS，当带宽比增长率大 10 倍时，反射会显着减少。基于包络方程研究了非相干泵的绝对和对流不稳定阈值，随后建立了统计描述的有效区域。Bonnaud 和 Reisse ( 1986) 发现前向 SRS 对激光带宽的敏感度低于后向 SRS，前者仅在大失谐时减弱。开发了一种有效的哈密顿方法来描述均匀和非均匀等离子体中存在时空波动的LPI，并详细介绍了其在四分之一临界密度附近的绝对不稳定性中的应用。古兹达尔等。发现子波的相互作用区域通过不均匀等离子体中的带宽而扩展，这可以补偿时间增长率的降低。杜波依斯等人。将有限带宽描述引入多波束 LPI 模型。在小于 1 皮秒的时间尺度内发现了在线性调频脉冲和低密度等离子体的相互作用中对 SRS 和热电子生成的控制。然而，通过啁啾脉冲缓解 SRS 在纳秒级 LPI 上失败了。

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