Ионизационные эффекты при воздействии субпикосекундных лазерных импульсов на вещество

• Автор: Вейсман, Михаил Ефимович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил

Оглавление
Введение
1 Взаимодействие коротких ионизующих лазерных импульсов с твердотельными мишенями
1.1 Введение
1.2 Кинетическое уравнение и вывод системы гидродинамических уравнений с учетом ионизационных процессов
1.3 Модели ионизации вещества при воздействии
интенсивного лазерного импульса на твердотельную мишень
1.3.1 Оценки степени туннельной ионизации вещества на поверхности мишени
1.3.2 Квазистационарная модель термической ионизации
1.3.3 Кинетическая модель термической ионизации
1.4 Поглощение энергии лазерного излучения в образующейся на поверхности твердотельной мишени плазме
1.4.1 Различные режимы поглощения излучения в идеальной плазме
1.4.2 Температурные границы различных режимов скин - эффекта
1.4.3 Оценки поглощения излучения в неидеальной плазме
1.4.4 Численные расчеты коэффициента поглощения и их аппроксимации .
1.5 Нагрев твердотельных мишеней лазерными импульсами
1.5.1 Автомодельные решения уравнения теплопроводности
1.5.2 Оценка темпов нагрева неидеальной плазмы
1.6 Численное моделирование воздействия лазерного импульса на твердотельную мишень
1.7 Заключение

2 Гидродинамические характеристики плазмы, образующейся при ионизации газа мощным ультракоротким лазерным импульсом
2.1 Введение
2.2 Описание ионизации газа
2.2.1 Скорость ионизации в туннельном пределе
2.2.2 Гармонический анализ ионизационного источника
2.2.3 Результаты численного решения уравнения Шредингера
2.3 Импульс и энергия электронов ионизации в одночастичной модели
2.3.1 Усредненные уравнения для P^jm и Qfin
2.3.2 Энергии различных групп электронов
2.3.3 Уравнения для поперечного остаточного импульса
2.3.4 Квантовомеханический расчет остаточной энергии
2.4 Квазигидродинамическая модель для импульса, энергии и тензора напряжений электроннов ионизации
2.5 Заключение
3 Генерация кильватерных волн и гармоник лазерного излучения при распространении по газу короткого ионизующего лазерного импульса
3.1 Введение
3.2 Система определяющих уравнений для быстрых и медленных полей в плазме, образующейся при ионизации газа мощным коротким лазерным импульсом .
.3.2.1 Уравнения для плазменных полей
3.2.2 Уравнения для высокочастотного поля
3.3 Законы сохранения
3.3.1 Классическое рассмотрение
3.3.2 Квантовомеханическое рассмотрение
3.4 Анализ генерации кильватерных волн в одномерном приближении
3.4.1 Аналитические решения в приближении узкого
ионизационного фронта
3.4.2 Численные решения
3.5 Генерация высокочастотных гармоник лазерного излучения при туннельной
ионизации газа лазерным импульсом
3.5.1 Бесстолкновительная квазигидродинамическая модель
3.5.2 Квантовомеханическая модель

3.5.3 Сравнение квазигидродинамического и квантового расчета амплитуд
гармоник
3.6 0 связи амплитуды 3 гармоники с остаточной энергией электронов
3.7 Заключение
Заключение

Уравнения для пч можно записать в виде (см, например, [111.112]) :

+ (Ку(п,и) = 5*, (1-36)
+ Д,+1»,+1 - № + Д,)
•%к = Дц»! - И?Ч, 5* = - Я А, (1.37)
%п %п~
5 = £ 7^ = Е (^,+1? - Дд+1 «9+0 .
9=1
где и Дд+1 - соответственно суммарные частоты термической ионизации и рекомбинации, усредненные по уровням энергии : = Т,№д+-Лт>п)пЯП}/п<1> й9+1 =

X) Д,+1(т,гг)п^"}/гаг, где (т,п) ( Я,+1(то,п)) - частота ионизации (рекомбинации)

иона с кратностью ионизации
уровне энергии, а образующийся ион находится на гв-ом уровне энергии; щ - концентрация ионов с кратностью ионизации q на п-ом уровне энергии (пд = Частоты

ионизации и рекомбинации и распределение заселенностей ионов по уровням определяются составом и свойствами плазмы (температура, плотность).
В настоящее время имеется много работ, посвященных выводу и решению уравнений ионизационной кинетики (см., например, [80,111,112]). В большинстве случаев используемые в этих работах исходные уравнения достаточно громоздкие, что вызвано необходимостью исследовать такие эффекты, как излучение высокотемпературной плазмы, спектр которого очень чувствителен к составу и характеристикам ионов в плазме. В тоже время, для определения таких ’’усредненных” величин, как средний заряд ионов и затраты энергии на ионизацию, возможно ограничиться значительно более упрощенным описанием. Это позолит облегчить исследование роли ионизационных процессов в эволюции лазерной плазмы.
Целью настоящего раздела является разработка моделей, в наиболее простой форме адекватно описывающих ионный состав плазмы, образующейся при ионизации вещества твердотельной мишени, а также затраты энергии на ионизацию. Процессы установления ионизационного равновесия в лазерной плазме определяются ее температурой, плотностью, сортом ионов, а также параметрами облучающего плазму электромагнитного поля : его интенсивностью и длинной волны. Рассмотрим сначала случай низких электронных температур (до десятка эВ), который реализуется в начале нагрева вещества лазерным распределения /, здесь и далее для краткости опускаем