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超短超强激光脉冲在低密度等离子体和空气中的传输

超短超强脉冲激光在低密度等离子体和空气中的非线性传输是当今强激光与物质相互作用研究的一个重要课题。本论文阐述了超短超强激光在低密度等离子体和空气中的长距离自聚焦和自导引效应。1.考虑有质动力与电荷分离场的平衡,推出了超短超强脉冲激光在低密度等离子体中的折射率、电子密度和电荷分离场的表达式以及激光束斑的演化方程。首次利用自恰电子空腔效应分析了超短超强激光在低密度等离子体中的长距离传输和自聚焦效应,详细分析了长距离传输的条件。2.考虑多光子电离效应和光学Kerr效应,首次利用力学类比的方法研究了超短脉冲激光在电离气体中的传输,详细分析了传输距离与激光初始光斑、初始发散角以及激光功率的关系,提出了实现长距离传输的条件。3.发展了一种适用于超短脉冲激光的光学偏振放大技术,并应用于10ps KrF激光放大系统中,可在有限的激光输出口径内有效地提取激光的输出能量。对10ps状态下KrF介质的饱和光通量进行了测量。4.开展了10ps KrF激  (本文共107页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

超短脉冲强激光在大气中的传输特性

超短超强脉冲激光能够在大气中传输形成一条稳定的等离子体通道,并由此引发超连续白光、三次谐波、锥角辐射等很多物理现象。这些现象在激光遥感、激光引雷、激光诱导闪电、激光诱导核反应、强激光远距离能量输送等领域具有广阔的应用前景。因而超高功率和超短脉冲强激光在大气中的传输成为近年来激光物理学研究的新热点。本文基于一个由空间动态补偿模型发展而来的模型,主要讨论了超短超强激光脉冲在大气中传输形成的等离子体通道的演变和控制。目前人们普遍认为,超短超强脉冲激光在空气中自聚焦传输形成等离子体通道主要是衍射、色散、克尔效应和多光子吸收共同作用的结果。本文在考虑以上重要机制的基础上,还引入了拉曼散射、等离子体尾波场和相对论自聚焦等多种效应,并通过采用合理的近似,修正了表征超短脉冲强激光大气中传输的非线性薛定谔方程。采用分步傅里叶方法和差分法得到了二维和三维的数值仿真结果。主要讨论光强通量和电子密度在空间中的分布,光脉冲在时间域和空间域的演变情况,通过...  (本文共62页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(物理研究所)
中国科学院研究生院(物理研究所)

强飞秒激光在大气中的成丝非线性光学研究

本论文对强飞秒激光在大气中传输形成等离子体细丝进行了系统研究.主要思路是从对实验诊断方法的研究出发,研究了等离子体细丝表现出来的一些非线性现象和内在的物理机制,进一步,从应用角度出发,对影响等离子体细丝应用的几种因素及其物理机制进行了探讨.首先我们形成了从几米到上百米的长等离子体细丝,使用和发展了五种以上的实验诊断手段对其进行了探测,包括声学诊断、电阻测量、荧光探测、横截面成像和阴影成像方法等,这是本论文的主要诊断方法.这些实验方法都比较好地从不同侧面反映了细丝不同方面的特征,在不同的情况下正确选择不同的探测方法,可以互为补充,提供更详细的细丝信息,为我们诊断细丝所表现出来的不同特性提供了实验手段.以此为基础,我们研究了细丝的空间演化,细丝呈现出一种复杂的演化过程:单丝逐渐演化成双丝,三个甚至更多的细丝,这些细丝又融合成双丝而稳定地进一步传输,最终消散.还同时使用荧光探测和声学诊断方法清晰地观测到了多次自聚焦现象.细丝辐射出转化...  (本文共164页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)

超短超强激光与薄膜靶的相互作用和等离子体通道的时间分辨研究

本论文的工作包括四部分内容:一、极光二号、三号靶场系统建设;二、超短超强激光脉冲与薄膜靶相互作用中产生的超热电子的实验研究;三、利用光学辐射现象诊断超热电子的产生机制和临界面运动的实验研究;四、利用条纹相机对激光等离子体通道演化进行的时间-空间分辨成像研究。在实验室建设方面,参与了极光三号靶场的建设,完成了靶场的真空靶室、靶场真空系统、精密机械和控制系统等的安装和调试。在极光二号上将加入光束自动稳定系统。在物理实验研究方面:1、首先,利用极光二号装置进行了超短超强激光脉冲与固体薄膜靶相互作用产生超热电子的实验研究。发现了沿靶表面方向发射的超热电子束,该结果直接验证了“快点火”方案的锥壳靶实验中锥壁对超热电子的引导作用。结果不仅对于理解锥靶物理过程有重要意义,而且由于该电子束具有好的方向性、准直度、重复性,通过进一步优化,可以用作基于超短脉冲激光的超快电子源,进行诸如超快电子衍射、尾波场加速器中的电子注入等方面的应用研究。因此,我...  (本文共119页) 本文目录 | 阅读全文>>

华东师范大学
华东师范大学

强场激光诱导等离子体传输特性的研究

近年来,随着超快激光技术的发展,超短强激光在非线性介质中的传输特性已经广泛被关注。由于飞秒激光在等离子体中传输的过程中会出现一些类似于传统光学,而又源于不同的物理机制且更加丰富的非线性现象,因此对于飞秒激光在等离子体中的传输的研究已经成为当今一个热点研究方向。本论文主要在实验上详细研究了飞秒激光在液体等离子体中传输的过程中产生的一些非线性现象,并对这些实验现象进行了相应的理论模拟和解释。首先,我们简单的回顾了超短激光脉冲在等离子体中传输的发展现状和一些重要的性质。其次,通过研究超短激光脉冲在水中的传输,发现了圆锥辐射现象和脉冲自压缩现象。这种圆锥辐射的产生主要起因于时空自由电子密度梯度引起的横向波矢的相长干涉和相消干涉。二次谐波频率分辨光闸(SHG-FROG)痕迹显示光在经过等离子体后脉冲的时域宽度减小,而相应的频谱宽度增加。为了解释这种实验现象,利用Shorokhov的理论数值模拟了高强度飞秒激光脉冲在非线性介质中传输的演化过...  (本文共56页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国工程物理研究院
中国工程物理研究院

带电粒子在强激光和强磁场中的共振加速机制及其在实验天体物理中的应用

本论文围绕惯性约束聚变ICF中“快点火”方案的关键问题——超强激光与等离子体相互作用产生的近亿高斯磁场,对点火电子的加速和准直效应,采用了试验电子模型,从解析和数值两方面进行了分析,得到电子在强激光和强磁场中的共振加速机制,发现由圆偏振激光所产生的轴向自生磁场,可以帮助激发能量适中、准直好的点火电子,而采用线偏振激光作驱动源则无此现象发生,这是因为线偏振激光不能激发轴向自生磁场。此外,强磁场与高频电磁波可以形成带电粒子的共振加速机制,它有可能直接应用在脉冲星表面,因为那里有强轴向磁场以及由各种能隙结构引起的高频电磁辐射和相对数目的电子。数值模拟表明,由这种机制产生的高能电子所发出的辐射是连续谱的同步加速辐射,这正是天文观测所观测到的。在第一章,简单介绍了传统惯性约束聚变和“快点火”方案,指出了“快点火”方案的优点以及实现“快点火”方案的关键问题,为本课题的开展提供了依据。“快点火”方案的关键问题是激光等离子体相互作用中的物理问题...  (本文共198页) 本文目录 | 阅读全文>>