激光驅(qū)動的慣性約束聚變(ICF)裝置對靶面的輻照均勻性要求，然而因為激光內(nèi)部子光束之間相互干涉，遠場焦斑內(nèi)部存在大量散斑，進而產(chǎn)生成絲、受激背向散射等各種非線性不穩(wěn)定效應。受激背向散射是指激光與等離子體相互作用過程中，部分光沿著激光路徑相反方向逃逸出黑腔。該效應主要包括受激拉曼散射(SRS)和受激布里淵散射(SBS)，會降低激光能量利用率，并對“點火"過程造成破壞。
研究發(fā)現(xiàn)，通過對入射光場偏振態(tài)的快速調(diào)控，可以破壞背向散射增長路徑，從而實現(xiàn)背向散射的有效抑制。這不但能有效解決ICF背向散射的問題，更在激光與物質(zhì)相互作用中有諸多潛在應用。
四川大學張彬教授團隊提出了一種偏振快速旋轉勻滑方案，該方案通過對激光集束的空間位相、光譜和偏振的綜合調(diào)控，將各個子束變換成拓撲荷數(shù)異號、偏振方向的渦旋圓偏振光，進而利用存在頻差子束間的拍頻效應使得焦斑的光強分布和偏振均快速旋轉。光強分布的快速旋轉能夠有效地改善激光輻照均勻性，而偏振的快速旋轉則能顯著地抑制受激背向散射。
該偏振快速旋轉方案采用螺旋位相板(SPP)將集束中的子束變換成拓撲荷數(shù)異號的渦旋光束，進而利用偏振控制板(PCP)將各個子束變?yōu)樾D方向反向的圓偏振光。存在一定波長差的各相干子束相繼通過連續(xù)位相板(CPP)陣列、SPP陣列、PCP陣列后，由楔形透鏡聚焦到靶面上(圖1)。波長不同、偏振方向相同的靶面光場分量發(fā)生干涉，從而實現(xiàn)光強分布和偏振同時隨時間而快速變化。
圖1 偏振快速旋轉勻滑方案
靶面光場及其輻照特性如圖2所示。焦斑任一位置的x、y方向光強分量均隨時間發(fā)生皮秒量級的周期性變化，且具有π的位相延遲[圖2(a)]。圖2(b)給出了不同波長組合情況下焦斑光通量對比度隨時間的變化。結果表明，當子束波長均不相同時，焦斑光通量對比度下降最快，這表明偏振態(tài)相同的子束間的動態(tài)干涉將顯著改善激光輻照均勻性。
圖2 (a)焦斑任一位置的x、y方向光強隨時間的變化;(b)不同波長組合情況下焦斑光通量對比度隨時間變化
研究結果表明，該方案在改善激光靶面輻照均勻性的前提下，亦可有效抑制受激背向散射，為ICF裝置提供一種新型光場調(diào)控手段。
在后續(xù)的研究工作中，本團隊將繼續(xù)關注靶面光場偏振態(tài)的動態(tài)快速調(diào)控新方法及其對受激背向散射的抑制作用，并拓展其在激光與物質(zhì)相互作用等領域的應用。
參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng)
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