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通过负非线性折射率区域中的氙气传播实现KrF激光的光谱展宽

DOI：10.1103/PhysRevA.100.023831 期刊：Physical Review A 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 在美国海军惯性约束聚变（ICF）实验的NIKE激光装置中，高功率氟化氪（KrF）激光输出光束需通过长达约75米的空气路径传播以实现角度复用——这是由于KrF介质的能量存储时间不足所致。最新实验与模拟表明，通过受激转动拉曼散射效应，这种传播方式能使激光光束的光谱展宽程度远超NIKE装置采用的诱导空间非相干性（ISI）技术通常实现的约1太赫兹激光线宽。这种增强的带宽可能足以抑制限制ICF靶面可承受最大光强的激光等离子体不稳定性。本文研究了一种替代方案：利用氙气（具有约-248纳米的大负非线性折射率）中的自相位调制实现光谱展宽，从而完全规避横向成丝问题。我们采用双光子矢量模型模拟了混沌非稳态ISI光与集体非线性原子响应的相互作用，并研究了近共振效应对光谱展宽的影响。
作者： Zachary Epstein，Robert H. Lehmberg，Phillip Sprangle
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究一种通过负非线性折射率区氙气传播实现KrF激光光谱展宽的替代技术，以抑制惯性约束聚变实验中的激光-等离子体不稳定性。

研究成果

通过氙气传播KrF NIKE激光输出光束可能是增加激光带宽从而抑制激光等离子体不稳定性的有效方法。随着衍射极限次数的增加，光谱展宽因子和远场展宽因子都会降低。在限制远场光束轮廓退化的同时最大化光谱展宽的最佳方法，可能是通过含有空气和氙气的混合介质进行传播，以结合这两种方法。

研究不足

该研究的局限性在于计算能力仅能模拟30倍衍射极限的光束，而实际的NIKE激光器工作在75倍衍射极限条件下。非线性效应可能被高估了15%–20%。研究还指出，在更高压力下，二聚体吸收可能成为问题。

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