激光等离子体相互作用中的自聚焦和电磁孤立子实验研究

摘要

随着啁啾脉冲技术的发展，超短超强激光逐渐在越来越多的实验室得到应用。而超短超强激光与稀薄等离子体相互作用由于涉及到如“快点火”、X-射线激光和激光尾场加速器等诸多方面的应用而受到人们的广泛关注并开展了大量研究。超短超强激光-稀薄等离子体相互作用过程中有着非常丰富的非线性物理现象，对这些现象的研究将有助于人们更全面更深入得理解激光-等离子体相互作用机制，同时对将来的实验具有重要的指导意义。
　　通过开展超短超强激光-稀薄等离子体相互作用实验，本文研究了超短超强激光在稀薄等离子体中的自聚焦现象及电磁孤立子现象。
　　激光自身的散焦特性使得激光无法保持聚焦状态传输足够长的距离，无法满足实际需要。当激光在等离子体中传输时，有质动力效应和相对论效应将使得激光克服散焦形成自聚焦传输。但在超短超强脉冲情形下，激光在等离子体中的自聚焦机制并不明确。本文通过开展相关实验，采用阴影成像法研究了超短超强激光与稀薄等离子体相互作用中的自聚焦现象，结果表明，激光功率与临界功率之比是影响自聚焦的关键条件，并得出了相应的自聚焦条件，相对论自聚焦是超短超强激光在稀薄等离子体中的主要自聚焦机制。
　　在相互作用过程中还有一种现象特别值得人们关注，即电磁孤立子现象。电磁孤立子是激光在等离子体中传输时被局域在等离子体内部的孤立电磁波。目前关于电磁孤立子的研究主要集中在理论方面，实验中研究很少。电磁孤立子的形成对于激光在等离子体中的传输具有很大的影响，这要求人们能从实验中深入得研究孤立子的性质。本文采用等离子体单色成像法，观察到了激光-等离子体相互作用中的后电磁孤立子现象。我们观测到的后孤立子图像与理论模拟给出的后孤立子特性符合得很好，同时我们还观察到了后孤立子的运动，这是首次在实验中观察到。
　　通过同一发次的阴影像及单色成像的对比，我们发现，在孤立子的形成位置激光由聚焦状态转为发散，这告诉我们孤立子的形成吸收了相当部分的激光能量并导致聚光发散，这在实验中也是首次观察到，对研究孤立子的形成对激光在等离子体中传输的影响具有十分重大的意义。

目录

激光等离子体相互作用中的自聚焦和电磁孤立子实验研究

Research on the self-focusing and electromagneticsoliton in laser plasma interaction

摘要

第1章 绪论

1.1 惯性约束聚变

1.2 超短超强激光及“快点火”

1.3 激光尾波场加速器

1.4 本论文研究目的及主要内容

第2章 激光等离子体相互作用概念及现象

2.1 光波在等离子体中的波动方程

2.2 有质动力

2.3 激光在次稠密等离子体中传播的基本现象

2.4 本章小结

第3章 自聚焦及电磁孤立子基本理论

3.1 自聚焦理论

3.2 孤立子

3.3 本章小结

第4章 超短超强激光自聚焦实验

4.1 引言

4.2 实验装置的建立

4.3 超短激光脉冲自聚焦实验

4.4 本章小结

第5章 电磁孤立子现象实验研究

5.1 引言

5.2 电磁后孤立子观测实验

5.3 孤立子的形成对激光传输的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢