强激光场与等离子体及三能级量子系统相互作用的机理研究

摘要

本文首先研究了激光脉冲在相对论性激光－等离子体系统中的宽度压缩机制，考虑了激光脉冲和等离子体的初始物理参数对激光脉冲宽度的影响；其次，分析了相对论效应对稠密等离子体加速的影响，从理论上讨论了强脉冲激光在稠密等离子体中自透明的原因；另外，考虑了高密度原子系统中的局域场效应，探讨了强激光场对三能级V型量子系统的相干操控。 论文主要由以下三个方面的内容组成： 一、激光脉冲宽度在等离子体中的脉冲变化。基于相对论性激光-等离子体动力学理论，研究了圆偏振入射脉冲激光与等离子体的相互作用对激光脉冲宽度的影响，得到了在激光脉冲作用下等离子体的密度分布。对于不同的初始物理参数，如入射激光脉冲的强度和脉冲宽度以及等离子体的背景密度，具体分析了激光在等离子体中传播时脉冲宽度的变化，重点研究了脉冲宽度压缩的情况。数值计算结果表明，增加入射激光强度和脉冲宽度以及减小等离子体初始密度，能够有效地实现脉冲压缩，给出激光脉冲压缩的理论优化参数。 二、在强激光脉冲的作用下，电子在稠密等离子体中的动力学行为。基于哈密顿正则方程理论和单电子模拟分析，研究了电子在稠密等离子体中的加速，结果表明相对论效应对激光脉冲色散关系有重要影响。当激光脉冲峰远离等离子体时，电子的相对论效很小，激光脉冲会在稠密等离子体表面衰减；但是当激光脉冲峰靠近等离子体，电子能被加速到相对论性能量，相对论效应变得非常显著，在脉冲激光传播轴上等离子体密度变低，最终可以导致激光在稠密等离子体中实现自透明传播。 三、强激光场对三能级V型量子系统的光学操控。在强相干激光场的作用下，讨论了高密度原子系统的局域场效应对弱激光探针增益的影响。研究表明局域场效应能够增大探针增益，并改变量子系统的谐振频率。此外，通过调节相干激光场强度、频率以及相位等光学参数可以实现增益控制。

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第一章绪论

1.1国内外现状及发展

1.1.1强激光场与等离子体相互作用

1.1.2激光场与量子系统的相互作用

1.2本论文的主要工作

1.2.1激光脉冲宽度在等离子体中的变化

1.2.2激光稠密等离子体系统中电子的动力学行为

1.2.3局域场效应对三能级V型量子系统激光探针的增益调制

第二章激光脉冲宽度在等离子体中的变化

2.1静态近似下的情况

2.1.1脉冲激光动力学理论

2.1.2初始参数对脉冲宽度的影响

2.1.3结论

2.2准静态近似下的情况

2.2.1准静态近似

2.2.2分析处理

2.2.3数值计算

2.2.4结论

第三章激光稠密等离子体系统中电子的动力学行为

3.1相对论性电子的动力学模型

3.2计算结果

3.3结论

第四章局域场效应对三能级V型量子系统激光探针的增益调制

4.1理论模型

4.2 LF效应对激光探针增益的影响

4.3相对相位对激光探针增益的影响

4.4结论

第五章结论与展望

5.1论文工作总结

5.2未来工作展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文