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激光与等离子体相互作用中阿秒脉冲的产生

作　者: 罗牧华
导　师: 张秋菊
学　校: 山东师范大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 阿秒脉冲 超相对论激光 稠密等离子体 含时偏振 粒子模拟
分类号: O437
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文的工作主要是:利用理论和一维粒子模拟两种方法,对超相对论激光与稠密等离子体相互作用中阿秒脉冲的产生进行了优化,研究了入射激光对等离子体电子行为和高次谐波产生的影响;利用含时偏振方法研究了激光参数对产生的阿秒脉冲的影响,得到了强度高的单个阿秒脉冲;通过正入射和斜入射激光的比较,对斜入射激光与等离子体相互作用中产生的阿秒脉冲个数比正入射时少的现象给出了合理的理论解释。首先,我们利用一维粒子模拟程序研究了超相对论激光脉冲与稠密等离子体相互作用得到的阿秒脉冲。从超相对论近似的角度分析了电子运动行为和高次谐波的产生,发现当等离子体密度一定时,随着无量纲相似参数S的减小,阿秒脉冲的转换比率呈先增大后减小的趋势,因此选择适当的光强,就可以得到转换比率较高的阿秒脉冲。当S一定时,随着等离子体密度的增加,阿秒脉冲转换比率有增大的趋势。这说明用适当的光强照射更稠密度的等离子体靶面,可以产生更强的阿秒脉冲。其次,我们用理论计算和粒子模拟讨论了激光与稠密等离子体作用中含时偏振对产生阿秒脉冲序列的影响。结果发现改变脉冲参数可以有效的控制产生阿秒脉冲的个数和时间。在脉冲持续时间内,通过改变脉冲的角频率可以控制产生阿秒脉冲的个数及时间间隔,通过改变其初相位可以控制产生阿秒脉冲的时刻,而脉冲的振幅则影响阿秒脉冲的强度。通过含时偏振方法,我们得到了一个持续时间为τ≈8.6as,强度为I≈3. 08×1020Wcm2的“单个”阿秒脉冲。最后,我们比较了斜入射和垂直入射激光脉冲与稠密等离子体相互作用得到的阿秒脉冲以及激光强度对阿秒脉冲转换比率的影响。同样参数下,斜入射的阿秒脉冲转换比率明显高于垂直入射的情况,滤波后得到的阿秒脉冲振幅比较大,而脉冲串中阿秒脉冲的个数则是垂直入射时的一半。根据振荡镜面模型对两种情况进行了分析,由镜面振荡方程可以对结果给出解释。保持等离子体密度不变,增大入射激光强度时,随着滤波次数的增加,斜入射与垂直入射的阿秒脉冲的转换比率逐渐趋于相同。滤波300次后我们得到了处于X射线范围的阿秒脉冲。本文分为六章。第一章为绪论,简单介绍了激光技术、激光与等离子体相互作用、高次谐波和阿秒脉冲的进展,以及激光与等离子体相互作用的研究方法等。第二章介绍了激光与原子、分子以及等离子体相互作用中产生高次谐波的理论模型。第三章研究了超相对论激光和稠密等离子体作用产生阿秒脉冲的优化。第四章研究激光与稠密等离子体作用中含时偏振方法产生的阿秒脉冲。第五章研究了斜入射激光脉冲与稠密等离子体相互作用产生的阿秒脉冲。第六章为总结与展望。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 激光技术的发展  11-12
  1.2 激光等离子体相互作用物理的发展  12-13
  1.3 高次谐波与阿秒脉冲的发展  13-14
  1.4 激光等离子体相互作用的研究方法  14-16
  1.5 小结  16-17
第二章 激光与物质相互作用中高次谐波的产生方式  17-23
  2.1 引言  17
  2.2 激光与单个原子相互作用  17-19
  2.3 激光与分子相互作用  19-20
  2.4 激光与等离子体相互作用  20-23
    2.4.1 激光与等离子相互作用的理论模型  20
    2.4.2 稠密度等离子体表面HHG 的物理图像  20-23
第三章 超相对论激光和稠密等离子体作用产生阿秒脉冲的优化  23-33
  3.1 引言  23-24
  3.2 稠密等离子体表面阿秒脉冲的理论模型  24-25
  3.3 数值模拟结果与讨论  25-30
    3.3.1 电子运动与振荡靶面反射的高次谐波  25-27
    3.3.2 影响阿秒脉冲转换比率的因素  27-30
  3.4 结论  30-33
第四章 激光与稠密等离子体作用中含时偏振方法产生阿秒脉冲的研究  33-43
  4.1 引言  33-34
  4.2 含时偏振方法的理论模型  34
  4.3 含时偏振态和阿秒脉冲个数的理论计算  34-37
  4.4 粒子模拟与理论计算结果的比较  37-42
  4.5 结论  42-43
第五章 斜入射激光脉冲与稠密等离子体相互作用产生的阿秒脉冲  43-51
  5.1 引言  43-44
  5.2 振荡镜面模型  44-45
  5.3 数值模拟结果和讨论  45-49
  5.4 结论  49-51
第六章 总结与展望  51-53
  6.1 总结以及创新点  51-52
  6.2 展望  52-53
参考文献  53-61
攻读硕士学位期间完成的论文  61-63
致谢  63

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 光学 > 非线性光学（强光与物质的作用）
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