[发明专利]生成能够有效抑制参量不稳定的激光的方法及装置

说明书

本发明公开了一种生成能够有效抑制激光等离子体参量不稳定的激光的方法，包括将一束光的能量分散到多束子束激光中，并使得该多束子束激光之间不相互耦合，以及使得该多束子束激光的每一束子束激光单独达不到激发参量不稳定的阈值。本发明还提供了一种生成能够有效抑制参量不稳定的激光的装置，包括子束激光产生器和子束激光合成器。通过本发明的方法和装置，能够实现对激光等离子体参量不稳定的充分抑制，同时还提供了一种实现激光惯性约束核聚变的驱动激光设计，能大幅提升激光与靶的耦合效率并减少热电子的产生。

技术领域

本发明涉及核聚变领域，具体涉及一种生成能够有效抑制参量不稳定的激光的方法及装置。

背景技术

由于资源和环境的限制，开发一种可以长久利用的能源是人类必须要解决的问题。其中受控核聚变一旦实现，将最终解决人类可持续发展所需要的能源问题。

激光驱动惯性约束聚变是实现受控核聚变的重要途径之一。但受制于激光与聚变靶作用中的各种不稳定，激光与靶的耦合效率不够高，使得激光聚变目前仍然面临巨大困难。其中激光等离子体的参量不稳定性是制约实现惯性约束点火的主要瓶颈之一。从上世纪六十年代以来，多种参量不稳定机制被发现，并被广泛研究。例如受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,简称为SRS)、受激布里渊散射(Stimulated BrillouinScattering，简称为SBS)和双等离子体衰变(Two-plasmon decay,简称为TPD)等。这三种不稳定(SRS、SBS和TPD)是激光惯性约束聚变中非常重要的参量不稳定机制，普遍存在于直接驱动、间接驱动等激光聚变点火方式中。美国NIF激光装置没有达到预期的聚变靶点火条件，说明人们对于激光等离子体相互作用的认识还有很多不明晰的地方，对参量不稳定过程的控制还远达不到要求。

激光惯性约束点火主要有两种可行的方式：直接驱动和间接驱动。直接驱动是将激光直接均匀辐照到球型靶上，烧蚀靶表面的燃料产生热等离子体，激光在等离子体中产生激波从而压缩靶丸达到点火。这一机制中，参量不稳定产生于激光与靶丸表面的等离子体相互作用。间接驱动是激光照射到黑腔的内壁产生X射线，然后X射线辐照到球型靶丸上产生烧蚀、压缩、点火。这一机制中，激光与黑腔中的低密度气体相互作用是产生参量不稳定的主要来源。

无论是哪种驱动方式，抑制参量不稳定都是极为重要的。SRS和TPD能够产生超热电子预热靶丸，使燃料的熵增量高于规定值，从而破坏内爆的压缩过程。SRS和SBS能够散射入射激光，造成激光能量的损失，降低激光与靶之间的能量耦合效率。同时，激光等离子体的相互作用能够影响辐照的均匀性，从而进一步激发流体不稳定。例如，激光在流动的等离子体中会发生偏折，多光束激发的离子声波能产生束间能量交换，激光自聚焦和成丝不稳定能改变激光空间分布的均匀性。

由此可见，寻找一种能够完全抑制参量不稳定的方案对于实现激光受控核聚变非常关键。以往的工作提出了一定的激光带宽可以降低不稳定的线性增长率，但没有给出完全抑制参量不稳定的方案以及定量的阈值条件，因此在应用中存在很多缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种生成能够有效抑制参量不稳定的激光的方法及装置，以解决上述现有技术中存在的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种生成能够有效抑制参量不稳定的激光的方法，包括将一束光的能量分散到多束子束激光中，并使得该多束子束激光之间不相互耦合，以及使得所述多束子束激光的每一束子束激光单独达不到激发参量不稳定的阈值。

较佳地，所述方法包括选择多束子束激光之间的频率差，从而使得所述多束子束激光之间不相互耦合。

较佳地，通过以下方法计算所述多束子束激光之间的频率差：假定子束激光功率为P_beamlet，相邻子束激光间的频率差是δω，需要最终合成的激光达到的峰值功率为P_beam，则需要的子束激光数量N＝P_beam/P_beamlet。