飞秒激光等离子体丝阵列对10GHz电磁波传输特性的影响
发布时间：2020-12-09 18:15
飞秒激光等离子体丝与电磁波的相互作用已经成为激光技术领域内的研究热点,然而将飞秒激光等离子体丝组成“栅栏”状阵列对电磁波传输进行屏蔽干扰的研究尚不充分。本文基于等离子体对电磁波反射、透射和吸收三个特性,开展了飞秒激光等离子体丝阵列对10GHz电磁波传输特性的影响研究,重点放在了光丝阵列参数、等离子体特征参数、阵列层数对电磁波传输特性的影响。基于电磁波在等离子体中传播方程,构建了飞秒激光等离子体丝阵列与电磁波相互作用的数值仿真模型。使用有限元方法计算了电磁波反射率和透射率随光丝阵列参数、等离子体特征参数、阵列层数的变化关系。计算结果表明,当电磁波的电场方向垂直于等离子体丝轴向时,电子沿着电场方向没有足够的运动空间,不能响应电场振荡,所以无论电磁波相对于光丝阵列的入射角如何变化,阵列对电磁波完全没有影响。同时还对比分析了相同尺寸的完美电导体丝阵列对不同频率电磁波反射率和透射率的影响。增加丝的直径或者电子数密度、减少阵列间距或者电子温度都可以使反射率增加,透射率减小。当等离子体丝阵列的电子数密度增加时,其“金属性”也就越强,对电磁波的反射率也就越高。当碰撞频率增加时,对电子的运动限制也就越大...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）飞秒激光成丝现象；（ｂ）等离子体丝的横截面??
经整形镜在空间上调制首次形成了中心对称的环状强度分布的等离子体波导。实??验中采用脉冲能量为１．５Ｊ，输出脉宽为２７ｆｓ的飞秒激光系统成功实现了约１０３０根飞秒??光丝组成的空芯直径为４５＿的圆柱形波导，其结构如图１．２所示。研宄人员成功地利??用该波导进行了电磁波传输实验，实验数据显示１０ＧＨｚ电磁波在该波导中传输的电磁??强度是自由空间传输电磁波强度的６倍。该实验成果将等离子体丝传输电磁波的研宄进??展向前推进了一大步。??６??
飞秒激光等离子体丝阵列对１０ＧＨｚ电磁波传输特性的影响??低的现象。此时的空气对光束的作用类似于正透镜，会使得光束在空气中传输时自发的??向光轴汇聚，这就是克尔效应引起的光束自聚焦，如图２．１所示。这种自发的聚焦使得??激光脉冲传输一段距离以后中心的光强远大于激光发出时的光强，更容易超过介质的击??穿阈值，引发介质的光击穿。一般用自聚焦特征长度ＺＳＦ来描述自聚焦，其表达式为：??ｋｖ＝－）￣ｒ?（２－３３）??”Ａｈ??虽然特征长度与激光脉冲的初始光强／。有关，但是自聚焦发生的条件却不取决于初??始光强，而是取决于激光脉冲的初始峰值功率Ｐｍａｘ。这是因为只有当初始峰值功率超过??自聚焦发生的临界功率时，激光在传输过程中引发的空气折射率变化才足够使得空气对??光束的自聚焦效应克服光束本身的衍射效应而使得整个光朿真正发生聚焦。一般我们将??激光脉冲在传输时可以发生自聚焦现象的临界功率表示为足，其表达式为：??尸？＝３．７７／｝〇２／８碼《２?（２．３４）??其中，４表示激光脉冲的中心波长，自聚焦的临界功率仅与介质自身的性质以及入射激??光波长有关。在此基础上
【参考文献】：
期刊论文
[1]求解非线性薛定谔方程的几种方法[J]. 员保云,庞晶. 激光与光电子学进展. 2014(04)
[2]毫米波与太赫兹波在等离子体中传输特性[J]. 马平,秦龙,石安华,陈伟军,赵青,黄洁. 强激光与粒子束. 2013(11)
[3]Intense broadband THz generation from femtosecond laser filamentation[J]. Tie-Jun Wang,Shuai Yuan,Yanping Chen,See Leang Chin. Chinese Optics Letters. 2013(01)
[4]等离子体中电磁波传输特性理论与实验研究[J]. 郑灵,赵青,罗先刚,马平,刘述章,黄成,邢晓俊,张春艳,陈旭霖. 物理学报. 2012(15)
[5]Microwave Diagnostics for Studies of Electromagnetic Scattering by Fluorescent Lamp Plasma[J]. 何湘,陈建平,吴莹,陈玉东,曾小军,秦海潮,倪晓武. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2010(01)
[6]真空中不同极化电磁波在微波等离子体喷流中的衰减特性实验研究[J]. 杨涓,朱冰,毛根旺,许映乔,刘俊平. 物理学报. 2007(12)
[7]垂直入射电磁波在大气压非平衡等离子体层中的传播特性[J]. 吴彬,林烈,吴承康,张澎,王永庆. 强激光与粒子束. 2005(02)
博士论文
[1]等离子鞘套地面模拟技术及电波传播实验研究[D]. 谢楷.西安电子科技大学 2014
[2]激光等离子体的微波干扰和诊断研究[D]. 吴莹.南京理工大学 2009
[3]强飞秒激光在大气中的成丝非线性光学研究[D]. 郝作强.中国科学院研究生院（物理研究所） 2007
硕士论文
[1]电磁波在等离子体中衰减系数的研究[D]. 宫琬钰.华北电力大学 2014
[2]超短脉冲强激光高阶克尔效应模拟研究[D]. 付光宇.西南交通大学 2013
本文编号：2907277
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）飞秒激光成丝现象；（ｂ）等离子体丝的横截面??
经整形镜在空间上调制首次形成了中心对称的环状强度分布的等离子体波导。实??验中采用脉冲能量为１．５Ｊ，输出脉宽为２７ｆｓ的飞秒激光系统成功实现了约１０３０根飞秒??光丝组成的空芯直径为４５＿的圆柱形波导，其结构如图１．２所示。研宄人员成功地利??用该波导进行了电磁波传输实验，实验数据显示１０ＧＨｚ电磁波在该波导中传输的电磁??强度是自由空间传输电磁波强度的６倍。该实验成果将等离子体丝传输电磁波的研宄进??展向前推进了一大步。??６??
飞秒激光等离子体丝阵列对１０ＧＨｚ电磁波传输特性的影响??低的现象。此时的空气对光束的作用类似于正透镜，会使得光束在空气中传输时自发的??向光轴汇聚，这就是克尔效应引起的光束自聚焦，如图２．１所示。这种自发的聚焦使得??激光脉冲传输一段距离以后中心的光强远大于激光发出时的光强，更容易超过介质的击??穿阈值，引发介质的光击穿。一般用自聚焦特征长度ＺＳＦ来描述自聚焦，其表达式为：??ｋｖ＝－）￣ｒ?（２－３３）??”Ａｈ??虽然特征长度与激光脉冲的初始光强／。有关，但是自聚焦发生的条件却不取决于初??始光强，而是取决于激光脉冲的初始峰值功率Ｐｍａｘ。这是因为只有当初始峰值功率超过??自聚焦发生的临界功率时，激光在传输过程中引发的空气折射率变化才足够使得空气对??光束的自聚焦效应克服光束本身的衍射效应而使得整个光朿真正发生聚焦。一般我们将??激光脉冲在传输时可以发生自聚焦现象的临界功率表示为足，其表达式为：??尸？＝３．７７／｝〇２／８碼《２?（２．３４）??其中，４表示激光脉冲的中心波长，自聚焦的临界功率仅与介质自身的性质以及入射激??光波长有关。在此基础上
【参考文献】：
期刊论文
[1]求解非线性薛定谔方程的几种方法[J]. 员保云,庞晶. 激光与光电子学进展. 2014(04)
[2]毫米波与太赫兹波在等离子体中传输特性[J]. 马平,秦龙,石安华,陈伟军,赵青,黄洁. 强激光与粒子束. 2013(11)
[3]Intense broadband THz generation from femtosecond laser filamentation[J]. Tie-Jun Wang,Shuai Yuan,Yanping Chen,See Leang Chin. Chinese Optics Letters. 2013(01)
[4]等离子体中电磁波传输特性理论与实验研究[J]. 郑灵,赵青,罗先刚,马平,刘述章,黄成,邢晓俊,张春艳,陈旭霖. 物理学报. 2012(15)
[5]Microwave Diagnostics for Studies of Electromagnetic Scattering by Fluorescent Lamp Plasma[J]. 何湘,陈建平,吴莹,陈玉东,曾小军,秦海潮,倪晓武. Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2010(01)
[6]真空中不同极化电磁波在微波等离子体喷流中的衰减特性实验研究[J]. 杨涓,朱冰,毛根旺,许映乔,刘俊平. 物理学报. 2007(12)
[7]垂直入射电磁波在大气压非平衡等离子体层中的传播特性[J]. 吴彬,林烈,吴承康,张澎,王永庆. 强激光与粒子束. 2005(02)
博士论文
[1]等离子鞘套地面模拟技术及电波传播实验研究[D]. 谢楷.西安电子科技大学 2014
[2]激光等离子体的微波干扰和诊断研究[D]. 吴莹.南京理工大学 2009
[3]强飞秒激光在大气中的成丝非线性光学研究[D]. 郝作强.中国科学院研究生院（物理研究所） 2007
硕士论文
[1]电磁波在等离子体中衰减系数的研究[D]. 宫琬钰.华北电力大学 2014
[2]超短脉冲强激光高阶克尔效应模拟研究[D]. 付光宇.西南交通大学 2013
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