【摘 要】
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等离子体背向拉曼放大（backward Raman amplification，BRA）由于不存在损伤阈值问题，且具有多波段放大，转换效率高，不需要压缩光栅等优点而成为下一代超短脉冲关键技术。理论模拟显
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等离子体背向拉曼放大（backward Raman amplification，BRA）由于不存在损伤阈值问题，且具有多波段放大，转换效率高，不需要压缩光栅等优点而成为下一代超短脉冲关键技术。理论模拟显示等离子体BRA技术有望实现EW(1 EW=1018 W)甚至ZW(1ZW=1021W)的脉冲功率输出。然而，这项技术也正面临挑战，如等离子体里存在的波破效应，朗道阻尼，不稳定性等尚不完全清楚，激光与等离子体相互作用产生的横向作用并没有充分研究，实验结果与理论预测差距较大等等。论文针对影响BRA转换效率的若干问题展开了研究，获得了一些研究结果: 1、建立了等离子体BRA的一维和二维流体模拟模型，获得了跟particle-in-cell(PIC)程序相近的模拟结果。 2、理论上对351 nm泵浦400 nm和1053nm泵浦1200nm两种方案进行了系统设计，并且用PIC程序对系统参数进行了优化，优化后的模拟结果显示系统能在厘米和毫米口径下分别实现百拍瓦和拍瓦输出。 3、综合考虑到泵浦光，种子光脉冲啁啾和带宽带来的影响，改进了现有的三波耦合方程，对普林斯顿大学实验数据进行了模拟，得到了更加接近于实验的模拟结果。随后，论文分别研究了脉冲带宽和啁啾带来的影响。 4、提出了一种朗道效应产生单脉冲输出的物理机制。数值模拟显示通过调整等离子体的温度可以实现对输出子脉冲的抑制而对主脉冲影响较小。采用普林斯顿大学实验数据的数值模拟显示，采用朗道效应产生单脉冲能使的有效转换效率提高9％。 5、实验上获得得到了近毫米口径的等离子体，并用激光干涉法对等离子体通道的二维密度进行了诊断。此外，文章对等离子体通道的轴向梯度进行了研究，发现轴向梯度可以通过产生等离子体脉冲的能量、延时来调节。 6、对即将在XG-Ⅲ装置开展的BRA实验进行了详细的设计。由于脉冲之间的同步为影响BRA转换效率的重要因素，实验上对脉冲的延时进行了精确的控制。
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