強激光在磁化等離子體中調(diào)制不穩(wěn)定性及坍塌研究.pdf

1、當激光在等離子體中傳播時,將引起橫等離子體波與驅(qū)動的離子聲波之間的調(diào)制相互作用,出現(xiàn)一種長波不穩(wěn)定性,即調(diào)制不穩(wěn)定性,并且調(diào)制不穩(wěn)定的增長率是正比于入射泵波的有限振幅。調(diào)制不穩(wěn)定性是非線性效應(yīng)和色散效應(yīng)共同作用的結(jié)果,將導(dǎo)致激光波包在時間或空間上發(fā)生破裂,最終引起自聚焦。研究調(diào)制不穩(wěn)定性及其非線性發(fā)展對于慣性約束聚變中激光的快點火過程具有重要的意義。
　　 本論文采用一種新的方法研究強激光在磁化等離子體中的調(diào)制不穩(wěn)定性。首先采用

2、洛倫茲變換分別推導(dǎo)出左(右)旋橢圓偏振強激光在磁化電子.離子等離子體、磁化正負電子等離子體中的非線性色散關(guān)系,其中考慮了相對論和有質(zhì)動力引起的非線性效應(yīng)。利用推廣的Karpman方法,考慮了電磁波在等離子體中的非線性頻率的平移,獲得了三維三分量情況下磁化等離子體中激光場的波包所滿足的非線性演化方程。于是分別研究了左(右)旋橢圓偏振強激光在磁化電子-離子等離子體、磁化正負電子等離子體中產(chǎn)生的調(diào)制不穩(wěn)定性,得到了調(diào)制不穩(wěn)定的時間增長率與擾動

3、態(tài)波數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系,分析了不同偏振狀態(tài)的激光在磁化等離子體中產(chǎn)生的自調(diào)制不穩(wěn)定性的時間增長率,并與非磁化情況進行了比較,分析了不同區(qū)域的時間增長率。最后從左(右)旋橢圓偏振強激光場的波包所滿足的非線性控制方程出發(fā),利用場論方法,構(gòu)造了拉格朗日密度函數(shù),得到激光場波包的能量集中具有準粒子特性,討論調(diào)制不穩(wěn)定發(fā)展后期的波包坍塌動力學(xué)問題,分別證明在磁化電子-離子等離子體、磁化正負電子等離子體中左(右)旋橢圓偏振強激光場均具有坍塌行為。激光

4、場將形成高強度的局域化結(jié)構(gòu),獲得了局域結(jié)構(gòu)的特征尺度,這與局域結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬的相關(guān)結(jié)果是一致的。另一方面,本文還利用了流體模自引力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方程,分析了流體模自引力系統(tǒng)的有限振幅的調(diào)制不穩(wěn)定性。
　　 分析結(jié)果表明,在磁化等離子體中,左旋橢圓偏振強激光的自調(diào)制不穩(wěn)定的極大增長率較非磁化情況明顯減小,而右旋橢圓偏振強激光的極大增長率較非磁化情況明顯增大。因此,軸向均勻磁場將增強右旋橢圓偏振強激光在等離子體中的自聚焦性質(zhì),而將減弱左旋