激光“热像”效应及其研究进展

【摘要】：大功率高斯激光束在各向同性的透明固体介质中传播时,其强大的光波电场将引起介质产生三阶非线性极化(克尔效应),导致介质的折射率发生正比于光强度的变化,结果使光束的波前发生畸变—一趋于会聚成一个焦点,产生自聚焦。由于实际 ICF 激光驱动器中光束的强度分布不可能完全均匀,总是或多或少地带有无规则调制或起伏。这样,在光束总体发生自聚焦之前,有可能首先在这些调制和起伏处各自形成局部的自感应透镜,并使光束发生会聚,形成局部自聚焦,称为小尺度自聚焦。这些自聚焦效应经常会造成光束的分裂或引起介质的丝状破坏,使光束质量变坏,从而限制高功率惯性约束核聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)激光驱动器输出功率的进一步提高,同时也使 ICF 激光驱动器系统的安全运行受到严重威胁,因而如何在提高 ICF 激光驱动器输出能量的同时保证全程光束质量,一直是 ICF 激光驱动器研究的核心难题之一。"热像"(hot-image)效应是一种特殊的小尺度自聚焦现象,其损伤阈值比通常的小尺度自聚焦损伤阈值更低,而且由于难以追迹而使得诊断其起源变得非常困难。在某些条件下,往往系统运行在典型的损伤阈值功率之下时,某些位置处的光学元件也意外地遭受损伤,这成为制约 ICF 激光驱动器安全运行和提高输出功率的瓶颈因素之一。因此,研究"热像"效应的演化规律及其抑制方法具有重要意义。本文总结介绍了近年来关于"热像"效应研究的新进展,包括"热像"形成的衍射理论模型,薄片近似下的解析理论分析结果,厚介质及级联介质情况下激光"热像"的演化规律,多散射点形成"热像"的特点,以及"热像"效应的抑制方法等。最后指出理论及实验上尚待进一步需解决的问题。