2-54 三维等离子体状态下激光吸收和散射的数值模拟

朱森昌 张书贵 常铁强

　　激光斜入射到黑腔靶中，由于不对称的激光入射条件以及焦斑上激光强度的不均匀，产生了复杂的激光等离子体状态，这一问题本质上是三维问题。为进一步研究三维等离子体状态下激光靶耦合的吸收和散射，对激光腔靶耦合后的腔内等离子体状态采用三维、与时间有关的普适模型，作为光路追踪的基础。腔靶采用实际结构，并把随机模拟方法（Monte-Carlo方法）和几何光学光路结合起来，研究不同入射条件下激光在腔靶中的传播光路。通过理论与实验结果的对比研究调整等离子体状态参数。在此基础上，计算腔靶激光吸收效率、腔内激光强度空间分布和腔外散射光角分布等。

　　在柱坐标下（柱型黑腔靶对称轴为z轴），三维等离子体状态采用参数表达（与时间t有关）的普适模型。其表达式为

式中R为柱型靶半径，z₀和q₀由激光入射角确定。A(n_e,t)是状态参数，与临界面位置和临界面外密度分布有关。B_i(t)(i=1,2,3)诸参量描述临界面的扭曲情况，上述参量在计算中均采用对时间的两次展开形式。

　　经过模拟计算，得到对于基频光和三倍频光情况，激光平面靶耦合的吸收系数分别为0.22和0.80。关于散射光：(1)由于计算了SBS，所以在散射光角分布中出现了后向峰（45°附近）。但对于三倍频激光，后向峰不明显。(2)由于临界面移动和扭曲与波长的正幂次成正比，所以在激光强度、入射角、离焦量、F数等相同条件下，基频激光打靶使临界面的移动和扭曲较大，导致有大角度（75°附近）散射光产生（以平面靶靶面的法线方向为基准）。

　　对于单束基频光，激光靶耦合的吸收系数为0.41。关于散射光：(1)由于计算了SBS，所以在散射光角分布中出现了后向峰（135°附近)。(2)散射光在腔内经二次以上打击，但散射光角分布主要由第一次打击决定，说明临界面在第一次打击附近有较大的移动和扭曲。由表内数据知，散射光出射方向在入射孔（165°附近)与漏孔（25°附近)分别出现两个峰值。