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深度解讀
通過調(diào)制激光縱向輪廓提高超強(qiáng)激光自導(dǎo)引的研究
星之球科技 來源:中國科學(xué)院2015-06-30 我要評論(0 )
強(qiáng)激光脈沖的導(dǎo)引在電子加速以及非線性光學(xué)等離子體領(lǐng)域是非常主要的課題。為實(shí)現(xiàn)在介質(zhì)中的導(dǎo)引,光束自身需克服衍射。激光相
強(qiáng)激光脈沖的導(dǎo)引在電子加速以及非線性光學(xué)等離子體領(lǐng)域是非常主要的課題。為實(shí)現(xiàn)在介質(zhì)中的導(dǎo)引,光束自身需克服衍射。激光相對論自聚焦的條件是P>17ω02/ωp2=Pc;當(dāng)P>Pc時(shí),激光光斑逐漸變窄,有質(zhì)動(dòng)力將等離子體電子排斥開并形成離子通道。從而自聚焦在“匹配”尺寸穩(wěn)定,離子對電子的回復(fù)力與有質(zhì)動(dòng)力相互平衡。
圖1尾場3維結(jié)構(gòu)及電場沿軸向分布圖
短脈沖激光有質(zhì)動(dòng)力將等離子體中電子以放射狀向四周排斥,抵消了質(zhì)量相對論效益對折射率的影響。模擬結(jié)果表明超強(qiáng)短脈沖激光在初始階段的演化后逐漸穩(wěn)定傳輸。在初期焦斑內(nèi)的激光能量主要耗散在衍射及即時(shí)的電離上,前端的光子逐漸減速從而導(dǎo)致紅移并形成頻率的正啁啾。陡峭的脈沖前端最終形成了光學(xué)“沖擊波”,其產(chǎn)生被描述為兩階段過程:開始是脈沖的自陡峭,后續(xù)是前端逐漸向后“腐蝕”。為降低衍射并導(dǎo)引激光在低密度等離子體中傳輸,引入低強(qiáng)度的“先導(dǎo)”脈沖,將電子橫向排斥開并提高了折射率,從而使主脈沖演變成沖擊波形狀,之后沖擊波狀脈沖保持聚焦?fàn)顟B(tài),即使“先導(dǎo)”脈沖逐漸消散。圖1(a)和(b)所示為尾場結(jié)構(gòu),(c)和(d)則是再先導(dǎo)脈沖作用下對比圖。初始時(shí)刻都形成了“空泡”結(jié)構(gòu),且具有類似的尾場Ex輪廓(e)。先導(dǎo)脈沖的橫向有質(zhì)動(dòng)力產(chǎn)生了低密度的等離子體通道。經(jīng)過10個(gè)光斑左右的長度后,參考脈沖逐漸被耗盡,如圖1(d)所示,調(diào)制脈沖所形成的尾場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而且持續(xù)加速電子。
本文的二維模擬結(jié)果表明只要“先導(dǎo)”脈沖增加了折射率,同時(shí)并沒有驅(qū)動(dòng)縱向電場。并且主脈沖具有陡峭上升沿并能驅(qū)動(dòng)空泡,其峰值能量及轉(zhuǎn)換效率均能有效地被提高。
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