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System Modeling of kJ-class Petawatt Lasers at LLNL
M. Y. Shverdin*, M. Rushford, M. A. Henesian, C. Boley, C. Haefner, J. E. Heebner, J. K.
Crane, C. W. Siders and C. P. J. Barty
Lawrence Livermore National Laboratory
国家点火装置（NIF）[2] 先进射线照相能力（ARC）[1]项目旨在产生70-100keV范围内的高能、超快的x射线，用于背光NIF目标。啁啾脉冲放大（CPA）激光系统将以1ps至50ps的可控脉冲持续时间产生千焦脉冲。系统复杂性需要复杂的仿真和建模工具，用于设计、性能预测和对实验结果的理解。大家提供了ARC的简要概述，先容大家主要建模工具，并描述重要的性能预测。
激光系统（图1）由全光纤前端组成，包括啁啾光纤布拉格光栅（CFBG）延伸器。通过最后的光纤放大器后，光束被分开到两个孔径并且在空间上成形。分束光首先产生再生放大器，然后在多通道钕玻璃放大器中放大[3]。接下来，将预放大的啁啾脉冲在时间上分成四个相同的脉冲并注入到一个NIF Quad。在NIF束线的输出处，八个放大的脉冲中的每一个在单独的折叠的四光栅压缩器中被压缩。压缩器光栅对具有略微不同的沟槽密度，以实现紧凑的折叠几何形状并消除相邻的光束串扰。脉冲持续时间可在前端使用小型机架安装式压缩机进行调节。
大家使用非序列光线追迹AppFRED [4]，用于光学系统的设计和布局。目前，大家的FRED模型包括从光纤前端到目标中心（图2）。CAD设计的光机部件导入大家的FRED模型，以提供一个完整的系统描述。除了非相干光线追迹和散射分析，FRED使用高斯光束分解来模拟相干光束传播。忽略非线性效应，大家可以获得系统不同时期的ARC光束的几乎完整的频域描述。
大家采用基于3D傅里叶的传播App：MIRO [5]、Virtual Beamline（VBL）[6]和PROP [7]，可用于时域脉冲分析。这些App模拟非线性效应，计算近场和远场光束分布，并考虑放大器增益。 正确的系统设置的验证是使用这些App的主要难点。VBL和PROP预测已经广泛用于NIF实验，同时特定NIF光束线的验证的描述已经用于ARC。MIRO具有处理CPA的带宽特定效应的附加能力。NIF光束线的样本MIRO模型如图3所示。MIRO模型在窄带宽模式下被基准化为VBL和PROP。
开发各种模拟工具使大家对不同模型的预测进行交叉检查，并增加其可信度。目前正在进行的初步实验使大家能够验证和改进大家的模型，并帮助引导未来的实验活动。
图1.突出显示了CPA结构的一个独特形式的ARC系统的概略图，在一个NIF光束线中产生两个强脉冲
图2.ARC系统的FRED模型提供一个系统级概述和各个组件的描述
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发表于 2022-1-17 09:24:07
