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激光等离子体的微波干扰和诊断研究

吴莹  
【摘要】: 本文通过实验和数值计算研究了激光等离子体对微波传输特性的影响,着重讨论了激光功率密度、等离子体的电子密度以及碰撞频率对微波反射和透射系数以及反射波频移的影响;并根据反射微波的频谱特性计算了等离子体临界面的运动速度和存在时间。 采用时域有限差分法计算了微波入射到激光等离子体时的反射和透射系数,研究了等离子体频率以及电子碰撞频率对反射和透射系数的影响。研究结果表明因激光等离子体具有很高的频率,当其厚度很小时,仍可以使入射微波发生强烈反射。 实验测量了激光等离子体反射微波时反射波的频率,发现反射波向高频和低频两个方向均有频移,该频移分别对应于等离子体膨胀过程和熄灭过程,进而研究了入射激光功率密度以及入射波频率对反射波频移的影响。同时,利用时域有限差分法研究了等离子体频率以及电子碰撞频率对反射波频移的影响,结果表明等离子体频率的变化对反射波频移影响较大;而电子碰撞频率的变化对反射波频移的影响较小,但对反射波电场强度的影响较大。 实验研究了激光等离子体干扰雷达制导导引头模拟器的可行性,并分析了激光脉冲能量、入射微波的功率以及激光脉冲频率对干扰的影响。 通过测量微波被激光等离子体反射时反射波的频谱,结合多普勒频移公式得到了等离子体临界面的最大运动速度,研究了等离子体临界面的运动速度与激光功率密度以及等离子体临界面电子密度的关系。 基于序列脉冲激光产生的等离子体对反射微波的调制作用,提出了一种测量等离子体存在时间的方法。通过测量反射波的频谱计算了等离子体的存在时间,结果表明高密度等离子体层的存在时间较低密度等离子体层的存在时间短;且作用激光功率密度增加时,激光等离子体对后续激光的吸收增加,但其存在时间反而减小。 本文的研究结果可以为激光等离子体干扰提供理论和实验依据,为等离子体特性参量的诊断提供了新的方法。


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