引子
一百年前（1922年），法國物理學家萊昂·布里淵（Léon Brillouin）首次描述了布里淵散射。布里淵散射有自發(fā)散射和受激散射兩種表現(xiàn)形式。激光誕生（1960年）后，布里淵散射成為研究氣體、液體和固體中聲學振動的實用手段。受激布里淵散射（SBS）最早于1964年被發(fā)現(xiàn)，吸引了全球眾多科研機構(gòu)和研究人員的興趣和關(guān)注，其相關(guān)研究幾乎與激光同步發(fā)展。
交叉光束下的共用散射光波受激布里淵散射研究 高功率激光與等離子體相互作用在激光慣性約束聚變、實驗室高能量密度物理、實驗室天體物理等領(lǐng)域都有廣泛的應用。特別是在激光聚變中，由于單束激光器件具有一定的能量極限，為了提供點火需要的兆焦級能量，只能采用多束激光注入的方式。在光束重疊的空間內(nèi)，不同光束通過與電子等離子體波、離子聲波的耦合，會產(chǎn)生多種多光束激光等離子體不穩(wěn)定性（LPI），而共用散射光波的受激布里淵散射（SL-SBS）是其中一種重要的不穩(wěn)定性過程。一方面，這種SL-SBS過程會產(chǎn)生散射光造成激光能量的損失，影響束間能量分布和光束內(nèi)能量的分布；另一方面，SL-SBS的子波可能作為其它LPI過程的種子，在激光聚變中誘發(fā)更加復雜的不穩(wěn)定性耦合過程，為實現(xiàn)點火帶來一定的不確定性因素和風險。 盡管1992年Dubois與其合作者在理論上已提出此類SL-SBS過程，之后湖南大學和國防科技大學合作團隊進一步研究了多束激光激發(fā)SL-SBS過程的色散關(guān)系和增長率，但以往的工作基于入射光束的對稱性假設(shè)，主要關(guān)注共用散射光沿多束入射激光對稱軸方向上傳播的情況。在實際的情況下，由于不同光束之間的物理參數(shù)不可避免地存在差異，必然會對SL-SBS過程的增長模式產(chǎn)生影響。為了更好地理解SL-SBS過程，近期北京應用物理與計算數(shù)學研究所的邱捷博士和郝亮特聘研究員基于兩交叉光束下SL-SBS過程對流增長的三維耦合模型，研究了光束交叉角、偏振方向、中心波長等關(guān)鍵物理參數(shù)對SL-SBS過程的影響。 圖1 SL-SBS散射光方向隨兩束激光波長差的變化 研究表明，SL-SBS對兩束光的中心波長差非常敏感，如圖1所示，波長差為零時，共用散射光的波矢可能指向交叉光束的角平分面內(nèi)的任何方向；隨著波長差增加，共用散射光的波矢可能指向會朝長波長激光波矢方向收縮；當波長差超過臨界值，由于入射激光與離子聲波無法與共用散射光波形成匹配關(guān)系，SL-SBS模式將不會被激發(fā)。除兩束光中心波長的差異外，偏振方向的差異也會影響SL-SBS的增長模式，如圖2所示，一般當兩束光的偏振方向相同時，SL-SBS的增長率最大；當兩束光偏振方向垂直時，SL-SBS的增長率變?yōu)閱喂馐鳶BS的增長率；當兩束光偏振方向相對于激光入射面的垂線具有不同偏轉(zhuǎn)角時，增長率最大的共用散射光波出射方向?qū)⒚撾x交叉光束所在的平面，具體出射方向與兩束光夾角、及兩束光偏振方向與入射面的夾角有關(guān)。 圖2 SL-SBS空間增長率隨兩束激光偏振設(shè)置的變化 該工作不僅揭示在合適的參數(shù)下SL-SBS的散射光可能脫離兩入射激光所在的平面以偏離交叉光束對稱軸的方向出射，還明確給出了兩入射光激發(fā)SL-SBS的波長差臨界值以及偏振關(guān)系。這有助于在實驗中，通過交叉光束的色差與偏振設(shè)置來抑制SL-SBS過程，也為實驗中SL-SBS過程散射光的診斷提供了理論依據(jù)。 原文鏈接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0062902
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