飛秒激光產(chǎn)生空氣等離子體和超亮噴射狀光束的特性研究.pdf

1、本論文從光與物質(zhì)非線性相互作用的基本規(guī)律出發(fā)，通過數(shù)值求解電子密度速率方程，驗證了近年來國外學(xué)者關(guān)于強激光脈沖在水中產(chǎn)生等離子體的時間演化特性的理論研究結(jié)果，并由此進一步揭示飛秒激光在空氣中產(chǎn)生等離子體的時空特性，而后深入分析飛秒激光脈沖電離空氣產(chǎn)生超亮噴射狀光束的原因。本論文的核心研究內(nèi)容如下:
　　(1)對包含有多光子電離、隧道電離、碰撞電離、電子空間擴散和復(fù)合作用的電子密度速率方程進行了分析和數(shù)值模擬，驗證了國外學(xué)者對納秒、

2、皮秒和飛秒激光脈沖在水中產(chǎn)生等離子體的動態(tài)特性的理論計算結(jié)果。同時也驗證了他們關(guān)于對激光擊穿閾值、吸收系數(shù)和能量密度分別與激光脈沖寬度的變化關(guān)系。為研究飛秒激光在空氣中形成等離子體奠定了理論分析基礎(chǔ)。
　　(2)本論文對飛秒激光在緊聚焦條件下，產(chǎn)生空氣等離子體的時空特性進行了理論分析。數(shù)值模擬結(jié)果表明:在時間特性方面，焦點處的空氣自由電子密度在激光脈沖達到峰值之前，就已經(jīng)達到了飽和;而在空間特性方面，隨著激光脈沖的聚焦，在靠近焦點

3、前方的空氣首先被電離，并隨之出現(xiàn)一個中心區(qū)域達到飽和、邊緣具有很高折射率梯度和近似橢圓狀的等離子區(qū)域，隨著激光脈沖繼續(xù)向前傳播，該空氣等離子體區(qū)隨激光光束的聚焦形狀進一步延伸，直至形成一個對稱的雙卵形結(jié)構(gòu)，然后慢慢消失，直到恢復(fù)到原來的狀態(tài)。這一結(jié)果與30 kPa壓強的低真空條件下獲得的實驗觀測結(jié)果相一致。
　　(3)論文從實驗上和理論上研究了匯聚飛秒激光通過誘導(dǎo)空氣電離產(chǎn)生超亮噴射狀光束的重要物理現(xiàn)象。在緊聚焦實驗中，當(dāng)平移或者