参考学习资料 集成 超强激光-等离子体相互作用研究——2014江西省井冈学者引领原子与分子物理类培训班.ppt

一研究背景由于原子核发生聚变前，必须克服原子核间的势垒，这只能在高温(~1kev)才能发生。在此温度下，聚变材料已经成为等离子体。由于等离子体的复杂性（非线性、不稳定性等），正增益受控核聚变还未能实现。二部分离化等离子体中的光孤子传输三辐射阻尼?当激光强度达到10^23-10^26W/cm^2时，首先需要考虑的是激光与物质相互作用机制的变化，例如辐射阻尼、正负电子对的产生、动量损失。电子运动方程若假设激光波长为，等离子体密度为，当，即当激光强度大于10^25W/cm^2时，辐射阻尼效应将对电子的运动产生重要作用。若假设激光波长为，等离子体密度为，则当，即当激光强度大于10^34W/cm^2时，辐射阻尼效应才能对电子的运动产生重要作用。考虑到在超强激光作用下，正负电子的密度满足：并采用缓变振幅近似，可得激光脉冲传播方程：4.3传播特性

（1）孤波解

令Fig.2Thebehavioroftheamplitudeofthesolitonasafunctionof.(a)Forfifferentelectronnumberdensity,withparameters,;(b)Fordifferentvalueof,withparameters,;（2）自压缩Fig.3ThenumericalresultsofaninitiallyGaussianpulsewith.（3）脉冲分裂和多孤子结构的形成(当脉冲宽度比较大时）Fig.4ThepulsesplittingofaninitiallyGaussianpulsewith.Fig.5Themulti-solitonsformation.THz波带正好处于科学技术发展相对完善的微波、毫米波与远红外波之间，其性质表现出一系列不同于其他电磁辐射的特殊性。THz辐射在生物医学、安检、反恐、国防、环境保护等许多方面具有重要应用。近年来，随着太赫兹（THz）电磁辐射理论和应用的发展，人们对THz辐射的产生、探测和应用进行了大量的研究。五等离子体中的THz辐射利用等离子体产生THz辐射的优点：不受强度限制当超短强激光脉冲在等离子体中传播时，由于激光辐射场的作用，在等离子体中形成的电流密度可表示为：其中：假设激光脉冲可表示为：其中：1等离子体中强激光脉冲诱导的THz辐射得到：根据辐射矢势方程和方程对辐射场作数值求解，结果如下图所示：图1表明，当超短强激光脉冲在等离子体中传播时，形成的准静态等离子体电流辐射出电磁波，辐射波的波形依赖于等离子体密度。这说明，在理论上，辐射波形在一定程度上可以通过改变等离子体密度来调节。当为一整数时，辐射磁场呈对称结构，如图1中的虚线所示。图2表明，辐射电磁波的频率在THz范围，这预示着另外一种通过超短强激光等离子体相互作用产生THz辐射的方法。从图2可以看出，当时，对不同的等离子体密度，辐射的中心频率在5-7THz之间。上图为不同激光脉宽时辐射的频谱。图3表明辐射的中心频率大约为，例如，如图所示，当时，中心频率约为,当时，，时，。LaserpulseQuasistaticcurrentPlasmawavez第一个峰对应激光驱动电流产生的辐射频率，第二个峰对应等离子体波对电流的调制频率，其余较小的峰应为这两种辐射频率耦合后的辐射频率。上图为不同激光强度下辐射磁场的时域图。一般地，辐射强度可表示为。当时，如图所示，最大辐射磁场为。因此，