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超強激光科學卓越創新簡報

(第一百十二期)

2020年6月22日

上海光機所在受激拉曼散射物理機制研究中取得新成果

  近期,中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理聯合實驗室在受激拉曼散射(stimulated Raman scattering, SRS)物理机制的研究中取得新的成果,发现一种新的受激拉曼散射的非本征模式,为非线性物理、非线性光学及惯性约束聚变等基础领域的研究提供了新的认识。相关成果发表于《高功率激光科学与工程》(High Power Laser Sci. Eng.)。

  一般認爲SRS發生在0.25臨界密度(nc)以下,且只能通過本征模式激發。本征模式是電子等離子體波的固有模式,它與外在的驅動源無關,其頻率稱爲本征頻率。一般的非線性振動都是驅動源與物體中的本征模式發生匹配,然後被共振放大。當驅動強度很大時會激發所謂的“准模”,“准模”的頻率與入射光的強度有關。但研究團隊發現當入射光強度大于一定的阈值時,會激發一種新的SRS非本征模式。強激光在0.25nc以上區域可以激發非本征靜電模式,這一模式的頻率固定爲入射光頻率的一半,與等離子體的本征頻率和驅動源都沒有關系。同時,産生的靜電波和散射光的群速度都爲0,因此可以在等離子體中形成電磁孤子和靜電孤子。這一過程在慣性約束聚變中會極大地損耗泵浦激光的能量,同時産生大量的超熱電子。

  研究團隊從理論分析和數值模擬兩個方面介紹了這一新的SRS機制,兩者符合度好。模擬結果如圖1所示,當入射光強超過激發阈值,會發現有非本征SRS的激發。這一機制的提出不僅對于非線性物理的研究具有推動作用,還能幫助爲慣性約束聚變研究中激光等離子體參量過程的認識和抑制提供參考。

  该研究得到了上海市扬帆计划、中科院先导A类专项等项目的大力支持。(高功率激光物理聯合實驗室供稿)

  原文鏈接

 

图1 非本征静电模式的激发。等离子体密度ne=0.26nc。當入射光幅度a0=0.04時,由于沒有達到激發非本征SRS的阈值,在圖(a)中看不到明顯的不穩定模式。當入射光幅度提升至a0=0.046時,可以在圖(b)中發現非本征靜電模式(kec,ωe)=(0.86,0.5)ω0,其對應的散射光波矢分布如圖(c)所示(kec,ωe)=(0.86,0.5)ω0。圖(d)說明,非本征靜電模可以産生大量的超熱電子。

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