受激拉曼散射時空演化特征的一維模擬研究.pdf

1、受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)是一個大振幅激光光波衰變?yōu)橐粋€散射光波和一個電子等離子體波的三波共振過程，它發(fā)生在四分之一等離子體臨界密度面以下。間接驅(qū)動慣性約束聚變(Inertial Confinement Fusion，ICF)中，點火黑腔內(nèi)的等離子體密度一般在十分之一臨界密度左右，電子溫度為幾個keV;激光強度約為1015W/cm2（三倍頻），此時SRS處于對流不穩(wěn)定性區(qū)域，SRS增長

2、水平一般滿足與激光強度、等離子體尺度和等離子體波阻尼的線性標度關(guān)系。但對較低溫度，或局部光斑強（如成絲、或光束交疊引起）的等離子體區(qū)域，SRS可以進入絕對不穩(wěn)定性區(qū)域。更普遍的是不穩(wěn)定性處于絕對、對流的過渡區(qū)域，這時SRS的時空演化特征并不清楚。這使得評估黑腔中SRS的影響變得困難。另外當?shù)入x子體波振幅足夠大時，非線性效應明顯，此時粒子俘獲導致的朗道阻尼變化、頻率失諧會影響SRS的發(fā)生閾值、發(fā)展水平。
　　針對以上問題，我們編制了

3、SRS三波耦合程序并改造了一維粒子模擬(Partcle-in-cell，PIC)程序，在一維構(gòu)型下，研究了背向SRS在較廣的激光等離子體參數(shù)范圍內(nèi)的時間、空間演化特征和變化規(guī)律，以及粒子捕獲效應對SRS發(fā)生閾值、增長水平的影響，獲得的主要研究成果和結(jié)論如下:
　　1)詳細推導了SRS三波模耦合方程;理論給出不穩(wěn)定性空間因了在不同發(fā)展階段的表達式以及初始階段的時間增長率，并用三波耦合程序和PIC程序進行了驗證。研究表明必須考慮空間因

4、子的作用才能得到正確的SRS時間增長率。
　　2)利用準線性近似，用一組簡化的流體方程描述粒子捕獲效應;建立等離子體波電場、朗道阻尼和等離子體波頻移隨時間演化的表達式，并耦合進三波耦合方程。發(fā)現(xiàn)考慮電子等離子體波的電場隨時間演化時，朗道阻尼衰減得慢了。
　　3)在SRS絕對不穩(wěn)定區(qū)域，利用PIC程序研究了不同等離子體空間尺度下不穩(wěn)定性的增長率和散射水平。發(fā)現(xiàn)PIC中的噪聲水平會影響不穩(wěn)定性的空間因子進而影響不穩(wěn)定性的時間增長

5、率。在SRS對流不穩(wěn)定性情況下，理論推導了散射水平與等離子體空間尺度的關(guān)系并用三波模擬進行了驗證;
　　4)研究了SRS絕對不穩(wěn)定和對流不穩(wěn)定的區(qū)別以及它們之間的過渡特征。
　　5)利用三波模型研究固定失諧頻率對SRS不穩(wěn)定性時間增長率的影響。發(fā)現(xiàn)頻率失諧提高了SRS的發(fā)生閾值并降低了SRS的增長率;對同樣大小的頻移，考慮空間因子后，不穩(wěn)定性的發(fā)生閾值會明顯增加。
　　6)研究了粒子捕獲效應導致的朗道阻尼變化、頻率失諧