高斯光束在等離子體中非線性傳輸特性的理論研究.pdf

1、激光與等離子體相互作用一直是科學工作者關(guān)注和研究重點方向。隨著激光技術(shù)發(fā)展日趨成熟,激光強度已經(jīng)達到22210Wcm,在如此強度電磁場作用下,激光與物質(zhì)相互作用中各種非線性效應都可以被激發(fā)出來。作為一種具有特殊組成結(jié)構(gòu)物質(zhì),等離子體內(nèi)部帶電粒子對外界電磁場響應及整體流動性使其顯示出奇特物理性質(zhì)。且隨著各種人工等離子體出現(xiàn),等離子體技術(shù)及應用也已經(jīng)深入到眾多前沿領(lǐng)域。激光在等離子體中傳輸自聚焦特性對激光驅(qū)動核聚變“快點火”、電磁輻射、激光

2、驅(qū)動加速器等應用都有重要影響。本論文將選取高斯光束在等離子體中傳播為背景,研究不同激光和等離子體參量及非線性相互作用對傳輸特性影響。
　　首先我們研究等離子體電子溫度對高斯激光光束在弱電離碰撞低溫等離子體中傳輸特性影響。我們采用經(jīng)典弱電離碰撞等離子體相對介電函數(shù),考慮等離子體電子溫度通過歐姆加熱受到激光電場調(diào)制,激光在碰撞非線性和衍射發(fā)散作用下傳播。采用WKB方法,將激光傳輸方程化簡為光斑半徑無量綱參量的二階微分方程,并對其進行數(shù)

3、值求解。通過考慮初始等離子體電子溫度分布情況,包括空間均勻分布、線性變溫以及不同變化特征長度,研究激光在等離子體中傳播非線性特征溫度效應。
　　其次從激光和等離子體相互作用有質(zhì)動力非線性出發(fā),采用Drude模型,并定義復光程函數(shù)來推導高斯光束在等離子體中傳播方程。有質(zhì)動力能夠改變等離子體電子密度空間分布,改變等離子體有效介電函數(shù)分布,產(chǎn)生聚焦非線性效應。等離子體電子碰撞頻率是Drude模型中引起介電損耗關(guān)鍵因素,我們通過考慮不同初

4、始等離子體電子碰撞頻率情況(空間均勻分布和碰撞頻率受電子密度調(diào)制),討論激光傳輸特征變化,具體包括激光光斑半徑、激光電場強度、激光傳播距離、等離子體電子密度及碰撞頻率分布。
　　在考慮強激光入射并激發(fā)相對論效應條件下,我們討論了高斯激光光束在等離子體中傳輸特征變化。在相對論修正下,等離子體頻率和等離子體電子碰撞頻率受到強激光電場強度調(diào)制,導致等離子體折射率沿徑向不均勻分布,產(chǎn)生正透鏡效果。高斯激光在相對論聚焦非線性、衍射發(fā)散和電子

5、碰撞引起介電損耗作用下傳播。我們分別考慮低密度、臨界密度和過稠密度等離子體三種情況,并具體分析了激光能夠在過稠等離子體中連續(xù)傳播臨界條件和激光光斑尺寸。
　　利用高溫等離子體有效介電函數(shù)模型,研究高斯激光光束在高溫等離子體中傳輸特征變化。由于高溫等離子體具有不同于低溫等離子體介電性質(zhì)和溫度效應,我們分別考慮有質(zhì)動力非線性和相對論非線性兩種情況。通過研究介電函數(shù)分解項2ε及激光自陷傳輸初始條件曲線,可以將激光和等離子體非線性相互作用