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超快超强激光在等离子体中传播时,会由于激光和等离子体的耦合发生各种复杂的相互作用,并且产生各种物理现象,例如自聚焦,自身相位调制,弯曲不稳定性以及各种受激散射等等。现代激光技术已经可以在焦点处产生高达1020W/cm2的强激光场;同时,等离子体通道技术也已经趋于成熟;而应用方面,激光加速器,ICF快点火都已经成为热点应用问题。这样,对超快超强激光在等离子体以及等离子体通道中的传播时产生的各种物理效应的研究变得越来越重要。
本文通过分离等离子体中的电子颤动和整体流动,利用无旋流动假设,发展了一种研究超快超强激光在稀薄等离子体中传播和调制过程的近似数值模拟方法,对于激光的传播,自聚焦,自身相位调制和水龙管不稳定性等主要由有质动力驱动的重要物理效应进行了定性的物理概念分析和定量的数值模拟,对于脉冲长度接近等离子体波长的超快激光,模拟结果显示出了一些比较奇特的演化行为,例如不对称自身调制,脉冲的夹断和双峰劈裂等等,这些演化行为,可能对于激光等离子体加速器等技术的具体实现产生较大的影响。
除了调制类效应之外,激光在等离子体中的受激散射过程也是很重要的研究方向。近年来,等离子体反向拉曼放大技术作为一种有希望的替代啁啾放大的激光压缩方法,得到了较多的关注。本文通过拓展数值模拟技术,建立了可以用于高分辨率过程的数值模拟方法,并利用此方法进行了实验结果的模拟分析,得到了和实验结果初步吻合的结果。对于增幅过程的一些细节问题,作了概念和数值上的分析验证。