飛秒強(qiáng)激光在空氣與低密度等離子體中傳輸?shù)臄?shù)值研究.pdf

1、隨著啁啾脈沖放大技術(shù)(CPA)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了脈寬為幾十飛秒、強(qiáng)度可達(dá)1018～1022 W/cm2的超短超強(qiáng)激光脈沖。這樣的高強(qiáng)度短脈沖激光在介質(zhì)中傳輸時(shí)會(huì)引起很強(qiáng)的非線性效應(yīng)，產(chǎn)生許多不同尋常的物理現(xiàn)象。飛秒激光在大氣中傳輸時(shí)能夠形成上百米甚至數(shù)千米的等離子體通道，這與許多實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)，如產(chǎn)生太赫茲波、超寬帶激光雷達(dá)、激光引雷等。激光在等離子體中傳輸時(shí)，它與等離子體相互作用能夠產(chǎn)生高次諧波、軟X射線激光，以及高能粒子束等，將其

2、用于社會(huì)生活中將會(huì)對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步起到巨大的促進(jìn)作用。
　　本文首先系統(tǒng)闡述了激光在等離子體等介質(zhì)中傳輸?shù)奈锢頇C(jī)制，針對(duì)強(qiáng)激光在傳輸過程中涉及到的引導(dǎo)以及聚焦等物理問題進(jìn)行了模擬研究，主要工作可分為以下三個(gè)部分:
　　一、對(duì)用于激光尾波場(chǎng)電子加速的充氣型毛細(xì)管和噴氣靶進(jìn)行了模擬和分析。對(duì)于充氣型毛細(xì)管氣體靶，在充氣達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，形成空間均勻的氣體密度分布。毛細(xì)管的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如進(jìn)氣口的位置和寬度對(duì)氣體密度分布的邊緣有較大影響

3、。采用錐形噴氣靶可使氣體密度分布的邊緣更陡，但是錐形噴氣靶的氣流平穩(wěn)性和氣體密度分布的空間均勻性不如充氣型毛細(xì)管氣體靶。
　　二、通過數(shù)值模擬研究了延遲拉曼效應(yīng)和高階克爾效應(yīng)對(duì)飛秒激光在大氣中傳輸?shù)木劢埂⒎€(wěn)定傳輸長(zhǎng)度以及對(duì)光譜的影響。延遲拉曼效應(yīng)對(duì)激光自聚焦的位置、以及再次聚焦的次數(shù)有較大影響，它使自聚焦光強(qiáng)對(duì)激光束腰的變化敏感，在傳輸中使頻譜展寬的中心向長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)。高階克爾效應(yīng)導(dǎo)致自聚焦的最大光強(qiáng)降低，在傳輸中頻譜展寬相對(duì)對(duì)稱。

4、同時(shí)考慮延遲拉曼和高階克爾效應(yīng)的全模型中，在相同的激光輸入功率條件下，較大的初始脈寬會(huì)增加激光的自聚焦穩(wěn)定傳輸長(zhǎng)度。
　　三、詳細(xì)推導(dǎo)了弱相對(duì)論激光在等離子體中傳輸?shù)慕S射線方程，研究了外加通道、軸上等離子體密度、激光功率以及初始光斑尺寸對(duì)傳輸?shù)挠绊?。外加密度通道能夠?qū)す馐M(jìn)行有效的引導(dǎo)。預(yù)通道軸上等離子體密度增加，能使激光光斑尺寸變得更小，激光強(qiáng)度變的更高。在模擬參數(shù)范圍內(nèi)，激光入射功率增加使相對(duì)論自聚焦增強(qiáng)。較小初始光斑尺寸