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飞秒激光等离子体光学诊断和自生磁场实验研究

李玉同  
【摘要】: 本论文利用法拉第效应,对超短激光脉冲同等离子体相互作用中产生的轴向 磁场进行了首次测量,填补了国际上在此领域的研究空白。实验发现,A1飞秒 激光等离子体背向散射光偏振面相对于入射激光的偏振面发生了2°的偏转,对 应的平均磁场达兆高斯量级。在本实验中,轴向磁场主要由等离子体流体效应产 生,有质动力激发的轴向磁场分量较小。按J.Briand的理论,轴向磁场呈指数 空间分布,强度最大可达1.7GM。轴向磁场在等离子体中对应的环形电流密度 为百MA/cm~2量级。在使用磁介质测量大尺度环形自生磁场的实验中,没有观察 到样品的磁化,其原因可能是超短激光脉冲与等离子体作用中激发的磁场寿命小 于磁介质的弛豫时间。 使用飞秒激光探针(2ω),对超短激光脉冲与固体靶相互作用产生的等离子 体进行了光学诊断,这在国内尚属首次。选用等光程的Normaski偏振干涉仪, 测得了不同时刻的等离子体阴影图和干涉图。由Abel反演,得到等离子体的电 子密度和折射率时空分布。实验观察到了成丝不稳定性的证据,成丝不稳定性可 以激发或增强其它不稳定性和非线性效应,这些不稳定性导致等离子体内部局域 密度分布的极端不均匀性。实验还观察到了等离子体的横向箍缩效应,大尺度自 生磁场对等离子体的挤压,影响了等离子体的横向膨胀。飞秒激光等离子体纵向 膨胀呈(t)~(1/2)变化规律。采用自相似解法,计算了飞秒激光等离子体电子密度时空 分布。


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