激光脉冲在等离子体光栅中的传输特性研究

本文的工作主要是：利用激光传输理论和一维粒子模拟方法，对激光脉冲在等离子体光栅中的传输特性进行研究，可以观察到脉冲减速和脉冲展宽效应，以及传输和定域类孤子结构的图像。同时研究了激光脉冲在非均匀等离子中传输时产生的光孤子结构和脉冲的分裂现象。首先，应用一维粒子模拟程序研究了激光脉冲在等离子体光栅中的传输特性。结果表明，初始等离子体密度，激光强度和频率共同影响激光脉冲在等离子体光栅中的传输特性。可以观察到脉冲减速和脉冲展宽效应，以及传输和定域类孤子结构的图像。并且发现等离子体光栅像光纤光栅一样也存在着光子带隙结构，且在带隙附近有明显的禁带反射。当激光强度提高时，禁带向低频方向移动。在一定频率下，低密度等离子体光栅中会产生传输的类孤子结构。等离子体密度较大时，电磁场更容易被俘获在光栅中，从而产生定域的类孤子结构。其次，利用一维粒子模拟研究了超短激光脉冲在非均匀等离子体中传输时产生的光孤子结构和脉冲的分裂现象。比较了不同的激光强度和等离子体密度梯度对脉冲传播的影响。研究结果表明：超短激光脉冲在非均匀等离子体中传播时能产生传输的类孤子结构；随着入射激光强度的增大，等离子体对激光的反射密度反而减小，孤子脉冲的平均传播速度也减小；随着等离子体密度梯度的增大，等离子体对激光的反射密度变大，孤子脉冲的平均传播速度减小，孤子脉冲传播到高密度梯度的等离子体区域时，发生了全反射，反射的孤子脉冲在传播过程中由于能量的损失，低频脉冲被等离子体俘获，形成后孤子，而高频脉冲则继续传播，使得脉冲分裂。本文分为四章。第一章为绪论，简单介绍了激光技术的发展，等离子体相互作用及研究方法，激光的惯性约束聚变。第二章阐述了等离子体密度调制模型，相位反射理论模型，耦合模理论模型，激光脉冲在等离子体光栅中传输时产生的脉冲的展宽和压缩的线性效应以及产生布拉格光孤子的非线性效应。第三章研究了激光脉冲在等离子体光栅中的传输特性，并比较了不同的激光强度和频率，以及不同的等离子体密度对脉冲传输的影响。第四章介绍了不同的激光强度和等离子体密度梯度对脉冲在非均匀等离子体中的传输特性的影响，可以看到脉冲产生的光孤子结构和脉冲的分裂现象。第五章为总结与展望。