2-67  多束激光球靶耦合中能量沉积的均匀性

朱森昌  吕  信

采用Skupsky理论作为讨论能量沉积均匀问题的基础。把不均匀性s _rms分解为两个因子的乘积：一个因子取决于激光系统的几何配置；另一个因子取决于单束激光形成的能量沉积分布。按照几何光学的光路方程，追踪激光在靶球等离子体中的轨迹，计算激光在光路轨迹上的能量沉积(通过逆韧致吸收机制)，求得激光在靶球上能量沉积的空间分布，并在此基础上进行能量沉积的均匀性研究。

为了计算多种因素对均匀性的影响及其规律，在这里仅设计了定态模型，而不讨论与时间依赖的效应。另外，也仅考虑了理想的辐照条件，即暂不考虑功率不平衡和瞄准误差等问题。文中的基本假定是：（1）激光强度为轴对称分布，每束激光空间分布一致；（2）所有激光束主光轴通过靶心；（3）采用理想球靶，电子密度分布仅与径向变量有关。

计算结果表明：(1)激光束俩俩对称配置，所有的奇数模为零。随着光束数的增加，低阶模被更多地消除了。说明：增加光束可以有效地消除低模数的非均匀性。(2)对于12，20，32和60束等配置的激光系统，非均匀性G_I值集中在几个模上；而对于24，48束等配置的激光系统，G_I值比较分散，且整体较高。模集中度的区别可能在于激光系统光束配置的对称性。(3)光束数不变，光束配置的变化将影响均匀性。在对称配置的8束光中，其中的4束光旋转45°，计算表明，后者比前者的均匀性要好。(4)对于离焦打靶，F数增大，s _rms随之下降。这是因为在离焦打靶情况下，F数增大后，激光在靶球上辐照光斑增大，有利于改善均匀性。在聚焦打靶条件下，随着F数增加，聚焦光斑面积逐渐变小，s _rms值增加，但还是优于离焦打靶。(5)当F数不变，“两心”距离比正切打靶距离小时，激光聚焦光束在靶球上的辐照光斑随之减少，不均匀性尺度s _rms的值增大。当“两心”距离大于正切打靶距离时，一方面，靶球被包在激光聚焦的光锥之内，有相当多的一部分激光未照射到靶球上，靶球受辐照的能量减少；另一方面，距离增大后，靶球受照射的有效张角变小了，这也使不均匀尺度s _rms变大。于是，在正切聚焦打靶附近s _rms有较小值。这说明，对于多光束激光系统，采用正切聚焦打靶是获取较高辐照均匀性的重要条件。(6)对于较短的“两心”距离，平顶波形的不均匀性s_rms的值明显高于高斯波形。可见激光波形有尖锐的边缘不利于辐照均匀性。(7)分析48束激光系统在高斯波形下的模结构，由于不均匀性的低模部分还有贡献，故其s_rms的值比32束还要高。60束激光系统的模结构与32束系统有相似之处：模l=10是最小支配模。由于光束数增加到60束，使不均匀性进一步降低，s_rms =0.30%。