飛秒強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(CPA)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了脈寬為幾十飛秒、強度可達1018～1022 W/cm2的超短超強激光脈沖。這樣的高強度短脈沖激光在介質中傳輸時會引起很強的非線性效應，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，這與許多實際應用密切相關，如產(chǎn)生太赫茲波、超寬帶激光雷達、激光引雷等。激光在等離子體中傳輸時，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、用于社會生活中將會對人類社會的進步起到巨大的促進作用。
　　本文首先系統(tǒng)闡述了激光在等離子體等介質中傳輸?shù)奈锢頇C制，針對強激光在傳輸過程中涉及到的引導以及聚焦等物理問題進行了模擬研究，主要工作可分為以下三個部分:
　　一、對用于激光尾波場電子加速的充氣型毛細管和噴氣靶進行了模擬和分析。對于充氣型毛細管氣體靶，在充氣達到穩(wěn)定狀態(tài)后，形成空間均勻的氣體密度分布。毛細管的結構參數(shù)，如進氣口的位置和寬度對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管氣體靶。
　　二、通過數(shù)值模擬研究了延遲拉曼效應和高階克爾效應對飛秒激光在大氣中傳輸?shù)木劢?、穩(wěn)定傳輸長度以及對光譜的影響。延遲拉曼效應對激光自聚焦的位置、以及再次聚焦的次數(shù)有較大影響，它使自聚焦光強對激光束腰的變化敏感，在傳輸中使頻譜展寬的中心向長波長移動。高階克爾效應導致自聚焦的最大光強降低，在傳輸中頻譜展寬相對對稱。

4、同時考慮延遲拉曼和高階克爾效應的全模型中，在相同的激光輸入功率條件下，較大的初始脈寬會增加激光的自聚焦穩(wěn)定傳輸長度。
　　三、詳細推導了弱相對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傳輸?shù)挠绊?。外加密度通道能夠對激光束進行有效的引導。預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論自聚焦增強。較小初始光斑尺寸