[发明专利]非共线多色激光驱动系统及方法

说明书

本申请提供的一种非共线多色激光驱动系统及方法，系统包括：泵浦光生成器、基频光生成器和非线性晶体；泵浦光生成器用于根据接收到的第一光路图参数向非线性晶体发射泵浦光；基频光生成器用于根据接收到的第二光路图参数向非线性晶体发射至少两束基频光，每两束基频光之间的频率不同；非线性晶体用于通过和频方式产生用于驱动惯性约束聚变的非共线多色激光；非共线多色激光包括至少两束子光束，子光束的数量与基频光的数量相同，每两束子光束之间夹角的角度范围为0.1°至5°，且频率差范围为中心频率的0.3％至2％。如此，可以在驱动惯性约束聚变时，有效抑制激光等离子体不稳定性的强度，同时，简化了系统设计，降低了系统难度。

技术领域

本申请涉及惯性约束聚变技术及聚变能源领域，尤其涉及一种非共线多色激光驱动系统及方法。

背景技术

激光惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion，简称ICF)是实现受控核聚变的重要途径之一。激光惯性约束聚变是利用高功率激光直接或间接地辐照靶丸，烧蚀产生的等离子体向外快速抛射，由于火箭效应，核燃料被向内压缩，达到点火条件后发生受控聚变反应。最终通过核聚变能量增益的提升来产生可持续的清洁能源。

在聚变过程中由于存在着各种各样的不稳定性，导致激光能量的转化效率降低，内爆品质下降，而激光等离子体不稳定(Laser Plasma Instabilities，简称LPI)就是其中主要的制约因素之一。在间接驱动构型中，现有的方案是通过降低黑腔中的充气密度来抑制LPI，但这会导致黑腔壁的高Z原子混进靶丸中，导致最后的内爆效率大大下降，甚至最终无法点火。因此，在不降低黑腔性能的前提下降低LPI的影响就显得尤为关键。

如今，利用宽带光抑制LPI的方案已经被提出。一系列的大型模拟证实，如果激光带宽远远大于LPI的增长率，就可以降低LPI的线性增长。然而，由于窄带的连续谱非相干激光的不同频率成分间会在长的时间尺度上发生强耦合，产生不可控的等离子体波湍流，使得实际的抑制效果很差。同时，目前没有成熟的技术可以高效产生高功率宽带三倍频激光，因此，共线多色激光(Collinear polychromatic light，简称CPL)方案被提了出来，该方案在技术上没有任何困难。但是由于CPL方案至少需要4束不同频率的光沿着同一方向入射，这在实际的应用中是一个非常复杂的工程难题。

由此可见，寻找一种既能够有效抑制LPI又能降低工程难度的方案对于实现高效、稳健的ICF尤为关键。

发明内容

本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是寻找一种既能够有效抑制LPI又能降低工程难度的方案对于实现高效、稳健的ICF。

第一方面，本申请提供了一种非共线多色激光驱动系统，所述系统包括：泵浦光生成器、基频光生成器和非线性晶体；

所述泵浦光生成器用于根据接收到的第一光路图参数向所述非线性晶体发射泵浦光；

所述基频光生成器用于根据接收到的第二光路图参数向所述非线性晶体发射至少两束基频光，每两束所述基频光之间的频率不同；

所述非线性晶体用于通过和频方式产生用于驱动惯性约束聚变的非共线多色激光；所述非共线多色激光包括至少两束子光束，所述子光束的数量与所述基频光的数量相同，每两束所述子光束之间夹角的角度范围为0.1°至5°，且频率差范围为中心频率的0.3％至2％。

在其中一个实施例中，所述非共线多色激光包含2至20束子光束。

在其中一个实施例中，所述非共线多色激光中每束子光束强度的强度范围为10¹²W/cm²至10¹⁵W/cm²。

在其中一个实施例中，所述非共线多色激光的波段范围为可见光至紫外线波段。

在其中一个实施例中，所述泵浦光的波长为526.5nm。