中空高斯激光束在拋物預(yù)等離子體通道中的聚焦
發(fā)布時(shí)間：2022-01-20 16:55
在考慮相對論、有質(zhì)動力和預(yù)等離子體通道等非線性效應(yīng)的基礎(chǔ)上,研究了拋物預(yù)等離子體通道對中空高斯激光束（Hollow Gaussian beams,HGB）傳播特性的影響.首先運(yùn)用WKB方法和傍軸近似,得到了HGB在拋物預(yù)等離子體通道中傳播時(shí)激光焦斑尺寸參量的演化方程.針對激光焦斑尺寸參量的演化方程,一方面用極值理論得到了HGB以周期性聚焦振蕩、周期性散焦振蕩和恒定焦斑尺寸傳播時(shí)的初始激光等離子體參數(shù);另一方面,根據(jù)具體參數(shù)平面,通過四階Runge-Kutta法數(shù)值求解激光焦斑尺寸參量的演化方程,得到了HGB在預(yù)等離子體通道中傳播的具體演化圖像,并研究了等離子體通道參數(shù)和HGB階數(shù)對激光自聚焦和傳播特性的影響.研究結(jié)果表明,當(dāng)HGB階數(shù)n一定時(shí),HGB的聚焦能力隨著通道參數(shù)Nc的增加而不斷增強(qiáng),拋物預(yù)等離子體通道不僅可以增強(qiáng)普通高斯激光的聚焦能力,也可以有效增強(qiáng)HGB的聚焦能力;當(dāng)通道參數(shù)Nc一定時(shí),隨著HGB階數(shù)n的增加,初始輻照強(qiáng)度小的HGB更容易聚焦,而初始輻照強(qiáng)度大的HGB更容易散焦.
【文章來源】：西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,56(02)北大核心
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
HGB強(qiáng)度的徑向分布強(qiáng)度隨r的變化和隨η的變化
如圖2所示,臨界參數(shù)曲線將參數(shù)平面(ρ 0 -2 ,αE 00 2 )分成兩個(gè)區(qū)域,其中臨界曲線上方為周期性散焦區(qū)域,臨界曲線下方為周期性聚焦區(qū)域,而臨界曲線上的參數(shù)對應(yīng)于恒定焦斑傳播.另外,從圖2可以看出,當(dāng)通道參數(shù)和HGB階數(shù)給定時(shí),存在一個(gè)最小的臨界焦斑半徑.在參數(shù)平面中選取不同的初始激光等離子體參數(shù),通過四階Runge-Kutta法數(shù)值求解焦斑尺寸演化方程(23),就可以從數(shù)值的角度研究HGB在不同初始激光等離子體參數(shù)條件下的傳播特性.
值得注意的是,從圖2和圖3可以看出,在HGB初始焦斑尺寸一定的情況下, 隨著激光輻照強(qiáng)度的增強(qiáng),HGB會經(jīng)歷兩次恒定焦斑尺寸傳播.為從物理的角度解釋這種現(xiàn)象,圖4給出了ε2即(36)式右邊各項(xiàng)隨著激光輻照強(qiáng)度的變化,分別用字母A,B,C,D 表示,其中A代表相對論聚焦效應(yīng),B代表相對論-通道耦合聚焦效應(yīng),C代表相對論-通道密度梯度耦合散焦效應(yīng),D代表有質(zhì)動力-相對論-通道耦合聚焦效應(yīng).這是因?yàn)閺募す饨拱邊⒘康难莼匠?23)可以看出,當(dāng)激光初始焦斑半徑給定時(shí),即ρ 0 -2 一定,激光的聚焦能力主要決定于有效介電函數(shù)中的ε2.從圖4可以看出,當(dāng)HGB的輻照強(qiáng)度較小的時(shí)候,相對論聚焦(曲線A)、相對論-通道的耦合聚焦(曲線B)和相對論-通道密度梯度耦合的散焦(曲線C)均隨著輻照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng),且當(dāng)輻照強(qiáng)度增大到一定程度時(shí),這3 種效應(yīng)慢慢趨近飽和, 而有質(zhì)動力-相對論-通道圖4 聚焦能力隨激光輻照強(qiáng)度的變化
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]強(qiáng)激光在非均勻磁化電子-正電子-離子等離子體中的傳播[J]. 洪學(xué)仁,景敏,石玉仁,成麗紅. 西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(03)
[2]q-高斯激光束在預(yù)等離子體通道中的孤立波[J]. 孫建安,王莉,洪學(xué)仁,楊陽,唐榮安. 西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(03)
[3]High-order optical vortex harmonics generated by relativistic femtosecond laser pulse[J]. 韓玉晶,廖國前,陳黎明,李玉同,王偉民,張杰. Chinese Physics B. 2015(06)
[4]強(qiáng)激光脈沖在部分離化等離子體中的傳播特性[J]. 劉明萍,柳劍鵬,羅榮祥,陶向陽. 強(qiáng)激光與粒子束. 2014(07)
[5]強(qiáng)激光與等離子體相互作用中低頻電磁場孤子波的產(chǎn)生及其捕獲[J]. 盛政明,張杰,余瑋. 物理學(xué)報(bào). 2003(01)
本文編號：3599191
【文章來源】：西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2020,56(02)北大核心
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
HGB強(qiáng)度的徑向分布強(qiáng)度隨r的變化和隨η的變化
如圖2所示,臨界參數(shù)曲線將參數(shù)平面(ρ 0 -2 ,αE 00 2 )分成兩個(gè)區(qū)域,其中臨界曲線上方為周期性散焦區(qū)域,臨界曲線下方為周期性聚焦區(qū)域,而臨界曲線上的參數(shù)對應(yīng)于恒定焦斑傳播.另外,從圖2可以看出,當(dāng)通道參數(shù)和HGB階數(shù)給定時(shí),存在一個(gè)最小的臨界焦斑半徑.在參數(shù)平面中選取不同的初始激光等離子體參數(shù),通過四階Runge-Kutta法數(shù)值求解焦斑尺寸演化方程(23),就可以從數(shù)值的角度研究HGB在不同初始激光等離子體參數(shù)條件下的傳播特性.
值得注意的是,從圖2和圖3可以看出,在HGB初始焦斑尺寸一定的情況下, 隨著激光輻照強(qiáng)度的增強(qiáng),HGB會經(jīng)歷兩次恒定焦斑尺寸傳播.為從物理的角度解釋這種現(xiàn)象,圖4給出了ε2即(36)式右邊各項(xiàng)隨著激光輻照強(qiáng)度的變化,分別用字母A,B,C,D 表示,其中A代表相對論聚焦效應(yīng),B代表相對論-通道耦合聚焦效應(yīng),C代表相對論-通道密度梯度耦合散焦效應(yīng),D代表有質(zhì)動力-相對論-通道耦合聚焦效應(yīng).這是因?yàn)閺募す饨拱邊⒘康难莼匠?23)可以看出,當(dāng)激光初始焦斑半徑給定時(shí),即ρ 0 -2 一定,激光的聚焦能力主要決定于有效介電函數(shù)中的ε2.從圖4可以看出,當(dāng)HGB的輻照強(qiáng)度較小的時(shí)候,相對論聚焦(曲線A)、相對論-通道的耦合聚焦(曲線B)和相對論-通道密度梯度耦合的散焦(曲線C)均隨著輻照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增強(qiáng),且當(dāng)輻照強(qiáng)度增大到一定程度時(shí),這3 種效應(yīng)慢慢趨近飽和, 而有質(zhì)動力-相對論-通道圖4 聚焦能力隨激光輻照強(qiáng)度的變化
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]強(qiáng)激光在非均勻磁化電子-正電子-離子等離子體中的傳播[J]. 洪學(xué)仁,景敏,石玉仁,成麗紅. 西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(03)
[2]q-高斯激光束在預(yù)等離子體通道中的孤立波[J]. 孫建安,王莉,洪學(xué)仁,楊陽,唐榮安. 西北師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(03)
[3]High-order optical vortex harmonics generated by relativistic femtosecond laser pulse[J]. 韓玉晶,廖國前,陳黎明,李玉同,王偉民,張杰. Chinese Physics B. 2015(06)
[4]強(qiáng)激光脈沖在部分離化等離子體中的傳播特性[J]. 劉明萍,柳劍鵬,羅榮祥,陶向陽. 強(qiáng)激光與粒子束. 2014(07)
[5]強(qiáng)激光與等離子體相互作用中低頻電磁場孤子波的產(chǎn)生及其捕獲[J]. 盛政明,張杰,余瑋. 物理學(xué)報(bào). 2003(01)
本文編號：3599191
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