近日，中山大学理学院赵耀副教授团队与中科院上海光学精密机械研究所崔子健副研究员和南京工程学院赵斌副教授合作，提出了惯性约束聚变中非共线多色光（NCPL）的参量不稳定模型以及大宽带NCPL的产生方案，文章已在Nuclear Fusion上发表。该项研究表明，通过引入空间角度可以减弱激光等离子体不稳定（LPI）的波矢耦合强度，从而降低LPI的增长率和饱和幅度。

文章首次提出了多光束构型下，任意入射频率激发的LPI完整模型，其中包括受激拉曼散射（SRS）、受激布里渊散射（SBS）、交叉光束能量转移（CBET）以及双等离子体衰变（TPD）。NCPL参量模型表明，当两束光的角度大于约等于4°时，它们在波矢耦合上的匹配程度会减弱。因此，相对于普通的共线多色光（CPL），驱动LPI的有质动力会进一步降低。该模型正确解释了多光束构型下集体模式的产生机制，与粒子模拟结果符合得很好。以SRS为例，当两束光的频率差小于一定阈值时，其中一束入射光激发的散射光会与另一束入射光相互作用产生共用子模式。通过引入两束光之间的频率差可以降低耦合强度。关于SBS的NCPL模型可以得到CBET的线性增长率，有助于理解多光束能量转移的物理机制。文章首次得到的NCPL激发TPD的参量模型表明，频率差足够大的宽带光可以在相空间中分离两束入射光激发的TPD不稳定区域，从而降低光束之间的耦合度以及总的饱和幅度，如图1所示。

图1  NCPL激发的TPD不稳定相图

之前的CPL方案是将不同频率的子光束分别进行参量放大和三倍频转换，最后通过合束来产生单一的多色光，这导致了系统的冗杂和转换效率低下。据此我们提出了产生频率差为1%的新型NCPL方案，使得晶体数量得到了有效控制，具体如图2所示。该方案主要涉及的非线性光学过程有非饱和参量放大和非共线和频（NCSFG），两束不同频率的子光束最终通过二倍频泵浦光与1035 nm和1072 nm基频光的NCSFG过程在同一块DKDP晶体中产生。与传统的驱动器方案相比，只有三倍频过程被NCSFG代替，因此两者的转换效率是相当的。

图2 NCPL光学方案

NCPL模型有利于推动当下集束LPI的研究，同时当NCPL的频率差满足一定条件时，可以有效控制惯性约束聚变中的LPI过程。文章提出的产生大宽带NCPL的方案，其转换效率与传统驱动器相当，因此有可能实现皮实、高增益的惯性约束聚变点火。中山大学理学院正在逐步推进100 J量级多色紫外激光平台的建设，相关工作对于NCPL参量模型的研究与方案验证具有重要的推动作用。