超短脉冲强激光在大气中的传输特性

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1、浙江大学硕士学位论文摘要摘要超短超强脉冲激光能够在大气中传输形成一条稳定的等离子体通道，并由此引发超连续白光、三次谐波、锥角辐射等很多物理现象。这些现象在激光遥感、激光引雷、激光诱导闪电、激光诱导核反应、强激光远距离能量输送等领域具有广阔的应用前景。因而超高功率和超短脉冲强激光在大气中的传输成为近年来激光物理学研究的新热点。本文基于一个由空间动态补偿模型发展而来的模型，主要讨论了超短超强激光脉冲在大气中传输形成的等离子体通道的演变和控制。目前人们普遍认为，超短超强脉冲激光在空气中自聚焦传输形成等离子体通道主要是衍射、色散、克尔效应和多光子吸收共同作用

2、的结果。本文在考虑以上重要机制的基础上，还引入了拉曼散射、等离子体尾波场和相对论自聚焦等多种效应，并通过采用合理的近似，修正了表征超短脉冲强激光大气中传输的非线性薛定谔方程。采用分步傅里叶方法和差分法得到了二维和三维的数值仿真结果。主要讨论光强通量和电子密度在空间中的分布，光脉冲在时间域和空间域的演变情况，通过数值仿真，揭示不同波长、输入脉冲能量、脉宽、束腰半径等初始参数对成丝的影响，并对其他较为复杂的改变激光能量分布的方法提出了展望，如采用时域啁啾的初始脉冲、构造后继脉冲形成双脉冲结构等。这些工作为探索超短脉冲强激光在大气中成丝位置和形态控制提供了

3、可能的新途径。关键词：超短超强激光；等离子体通道；成丝；非线性薛定谔方程；分步傅里叶II浙江大学硕士学位论文AbstractAstableplasmachannelisformedwhenultra—shorthighpowerlaserpropagatesintheatmosphere，whichmeanwhileleadstoavarietyofphysicalphenomena，such嬲supercontinuumspectrumgeneration．mird·orderharmonicgeneration,conicalemission．T

4、hesephenomenahavebroadapplicationprospectsinlasertriggeredlightning,laser-inducedlighruing,laser-inducednuclearreactions，long-distanceenergytransmissionofhighpowerlaser,etc．Therefore，theresearchofpropagationofultra-highpowerandultrashortpulselaserintheatmospherehasbecomeanewhot

5、spotinlaserphysits．Basedonanextendedspatialdynamiccompensationmodel，thispapermainlydiscussestheevolutionandcontroloflaser-plasmachannelwhichformedbythepropagationofultrashortintenselaserpulseintheatmosphere．ItisnOWwidelybelievedthattheformationofplasmachannelinairismainlyduetot

6、hecombinedactionofdiffraction，dispersion，Kerreffectandmulti-photonabsorption．Inthispaper,besidesthebasisimportantmechanismabove，Ramanscattering，plasmawakefields，relativisticfocusingandothereffectsarealsotakenintoconsideration．Usingareasonableapproximation,weamendthenonlinearSch

7、r6dingerequationthatgovernsthepropagationofultrashortlaserpulseintheatmosphere．Split—stepFourieranddifferentialmethodhavebeenappliedtogainbothtwo—dimensionalandthree-dimensionalnumericalsimulationresults．Fluxoflightintensityandelectrondensitydistributioninspaceaswellaspulseevol

8、utionintimeandspacearediscussed．Throughnumericalsimula