中空高斯激光束在抛物预等离子体通道中的聚焦
发布时间：2022-01-20 16:55
在考虑相对论、有质动力和预等离子体通道等非线性效应的基础上,研究了抛物预等离子体通道对中空高斯激光束（Hollow Gaussian beams,HGB）传播特性的影响.首先运用WKB方法和傍轴近似,得到了HGB在抛物预等离子体通道中传播时激光焦斑尺寸参量的演化方程.针对激光焦斑尺寸参量的演化方程,一方面用极值理论得到了HGB以周期性聚焦振荡、周期性散焦振荡和恒定焦斑尺寸传播时的初始激光等离子体参数;另一方面,根据具体参数平面,通过四阶Runge-Kutta法数值求解激光焦斑尺寸参量的演化方程,得到了HGB在预等离子体通道中传播的具体演化图像,并研究了等离子体通道参数和HGB阶数对激光自聚焦和传播特性的影响.研究结果表明,当HGB阶数n一定时,HGB的聚焦能力随着通道参数Nc的增加而不断增强,抛物预等离子体通道不仅可以增强普通高斯激光的聚焦能力,也可以有效增强HGB的聚焦能力;当通道参数Nc一定时,随着HGB阶数n的增加,初始辐照强度小的HGB更容易聚焦,而初始辐照强度大的HGB更容易散焦.
【文章来源】：西北师范大学学报(自然科学版). 2020,56(02)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
HGB强度的径向分布强度随r的变化和随η的变化
如图2所示,临界参数曲线将参数平面(ρ 0 -2 ,αE 00 2 )分成两个区域,其中临界曲线上方为周期性散焦区域,临界曲线下方为周期性聚焦区域,而临界曲线上的参数对应于恒定焦斑传播.另外,从图2可以看出,当通道参数和HGB阶数给定时,存在一个最小的临界焦斑半径.在参数平面中选取不同的初始激光等离子体参数,通过四阶Runge-Kutta法数值求解焦斑尺寸演化方程(23),就可以从数值的角度研究HGB在不同初始激光等离子体参数条件下的传播特性.
值得注意的是,从图2和图3可以看出,在HGB初始焦斑尺寸一定的情况下, 随着激光辐照强度的增强,HGB会经历两次恒定焦斑尺寸传播.为从物理的角度解释这种现象,图4给出了ε2即(36)式右边各项随着激光辐照强度的变化,分别用字母A,B,C,D 表示,其中A代表相对论聚焦效应,B代表相对论-通道耦合聚焦效应,C代表相对论-通道密度梯度耦合散焦效应,D代表有质动力-相对论-通道耦合聚焦效应.这是因为从激光焦斑参量的演化方程(23)可以看出,当激光初始焦斑半径给定时,即ρ 0 -2 一定,激光的聚焦能力主要决定于有效介电函数中的ε2.从图4可以看出,当HGB的辐照强度较小的时候,相对论聚焦(曲线A)、相对论-通道的耦合聚焦(曲线B)和相对论-通道密度梯度耦合的散焦(曲线C)均随着辐照强度的增强而增强,且当辐照强度增大到一定程度时,这3 种效应慢慢趋近饱和, 而有质动力-相对论-通道图4 聚焦能力随激光辐照强度的变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]强激光在非均匀磁化电子-正电子-离子等离子体中的传播[J]. 洪学仁,景敏,石玉仁,成丽红. 西北师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]q-高斯激光束在预等离子体通道中的孤立波[J]. 孙建安,王莉,洪学仁,杨阳,唐荣安. 西北师范大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]High-order optical vortex harmonics generated by relativistic femtosecond laser pulse[J]. 韩玉晶,廖国前,陈黎明,李玉同,王伟民,张杰. Chinese Physics B. 2015(06)
[4]强激光脉冲在部分离化等离子体中的传播特性[J]. 刘明萍,柳剑鹏,罗荣祥,陶向阳. 强激光与粒子束. 2014(07)
[5]强激光与等离子体相互作用中低频电磁场孤子波的产生及其捕获[J]. 盛政明,张杰,余玮. 物理学报. 2003(01)
本文编号：3599191
【文章来源】：西北师范大学学报(自然科学版). 2020,56(02)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
HGB强度的径向分布强度随r的变化和随η的变化
如图2所示,临界参数曲线将参数平面(ρ 0 -2 ,αE 00 2 )分成两个区域,其中临界曲线上方为周期性散焦区域,临界曲线下方为周期性聚焦区域,而临界曲线上的参数对应于恒定焦斑传播.另外,从图2可以看出,当通道参数和HGB阶数给定时,存在一个最小的临界焦斑半径.在参数平面中选取不同的初始激光等离子体参数,通过四阶Runge-Kutta法数值求解焦斑尺寸演化方程(23),就可以从数值的角度研究HGB在不同初始激光等离子体参数条件下的传播特性.
值得注意的是,从图2和图3可以看出,在HGB初始焦斑尺寸一定的情况下, 随着激光辐照强度的增强,HGB会经历两次恒定焦斑尺寸传播.为从物理的角度解释这种现象,图4给出了ε2即(36)式右边各项随着激光辐照强度的变化,分别用字母A,B,C,D 表示,其中A代表相对论聚焦效应,B代表相对论-通道耦合聚焦效应,C代表相对论-通道密度梯度耦合散焦效应,D代表有质动力-相对论-通道耦合聚焦效应.这是因为从激光焦斑参量的演化方程(23)可以看出,当激光初始焦斑半径给定时,即ρ 0 -2 一定,激光的聚焦能力主要决定于有效介电函数中的ε2.从图4可以看出,当HGB的辐照强度较小的时候,相对论聚焦(曲线A)、相对论-通道的耦合聚焦(曲线B)和相对论-通道密度梯度耦合的散焦(曲线C)均随着辐照强度的增强而增强,且当辐照强度增大到一定程度时,这3 种效应慢慢趋近饱和, 而有质动力-相对论-通道图4 聚焦能力随激光辐照强度的变化
【参考文献】：
期刊论文
[1]强激光在非均匀磁化电子-正电子-离子等离子体中的传播[J]. 洪学仁,景敏,石玉仁,成丽红. 西北师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]q-高斯激光束在预等离子体通道中的孤立波[J]. 孙建安,王莉,洪学仁,杨阳,唐荣安. 西北师范大学学报(自然科学版). 2017(03)
[3]High-order optical vortex harmonics generated by relativistic femtosecond laser pulse[J]. 韩玉晶,廖国前,陈黎明,李玉同,王伟民,张杰. Chinese Physics B. 2015(06)
[4]强激光脉冲在部分离化等离子体中的传播特性[J]. 刘明萍,柳剑鹏,罗荣祥,陶向阳. 强激光与粒子束. 2014(07)
[5]强激光与等离子体相互作用中低频电磁场孤子波的产生及其捕获[J]. 盛政明,张杰,余玮. 物理学报. 2003(01)
本文编号：3599191
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3599191.html
