高斯型等离子体产生环形光束的机理研究

摘要

激光等离子体相互作用对电子加速和惯性约束核聚变等应用非常重要。激光在等离子体里的传输作为激光等离子体相互作用的基本问题受到了广泛的关注。随着光致等离子体技术的发展，可以通过使用光强分布不同的泵浦光产生各种形状的等离子体，这为研究等离子体电子密度的分布对激光传输的影响提供了帮助。本论文将以高斯光束在非均匀等离子体中传播为基础，重点研究电子密度呈高斯分布的等离子体对弱功率激光传输形成环形光束的影响。
　　首先，建立了弱功率激光在高斯型等离子体里的传输方程，并通过近似解、数值模拟研究了弱功率激光在高斯型等离子体中的传输特性。理论上采用修正的Wentzel-Kramers-Brillouin-Jeffreys(WKBJ)方法分析了传输方程，得到的近似解表明弱功率激光束在高斯型等离子体中传播时会演化成环形光束(RSB)，并且等离子体电子密度越大、等离子体宽度越小或者传输距离越远所产生的环形光束越明显；数值模拟表明电子密度、等离子体宽度和传输距离对激光在等离子体里传输产生环形光束的影响与理论分析的结果基本一致。
　　其次，实验上利用连续的氦氖激光在飞秒脉冲在二硫化碳里成丝产生的等离子体通道里传播产生环形光束，并且可以通过调节飞秒脉冲的功率来控制环形光束的暗斑尺寸。实验结果和理论分析结果比较吻合。
　　最后，利用变分法分别分析了在激光功率较高的情况下高斯型和抛物线型等离子体对激光传输的影响,并发现脉冲的光斑尺寸和脉冲长度随传输距离的演化与初始光强和等离子体电子密度有关。数值模拟发现在宽度远小于激光光斑尺寸的高斯型等离子体里，高斯型等离子体通道的散焦将进一步加强光束的衍射导致激光光斑一直发散。初始光强越强或者等离子体密度越大脉冲压缩的越快且光斑发散的速度越慢;对于抛物线型等离子体，等离子体通道的聚焦与衍射之间的平衡导致激光光斑周期性演化。初始光强越强或者电子密度越大相对论自聚焦越强脉冲压缩的越快，脉冲长度变小会破坏等离子体通道聚焦与衍射之间的平衡。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和研究意义

1.2 研究进展

1.3 论文结构

第2章 激光在等离子体里传输的理论基础

2.1 引言

2.2 等离子体基础

2.3 激光在等离子体里的传输方程

2.4 激光传输的光学效应

2.5 小结

第3章 激光在等离子体中传输形成环形光束的研究

3.1 引言

3.2 理论分析

3.3 数值模拟

3.4 实验分析

3.5 小结

第4章 非均匀等离子体对激光传输的影响

4.1 引言

4.2 高斯型等离子体对激光传输的影响

4.3 抛物线型等离子体对激光传输的影响

4.4 小结

结论

参考文献

致谢

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