Введение к работе
Диссертация посвящена теоретическому исследование
неустойчивостей. р^зшгкаюдих при нелинеіінсм расігрострзнекии ультракоротких лазерных импульсов релятивистской интенсивности в веществе.
Актуальность темы. В течение последнего десятилетия взаимодействие ультракороткий лазерах импульпов релятивистской интенсивности с веществом привлекает все большее пни\'?ігнг ип'-нелп^ргелсГ: [І-ІЗ]. Это сх'іуслрнлєнс рлдсм причин, ьажнегапими из которых являются:
(І) Прогресе в области лазерной техники. Несколько ведущих лабораторий мира сумели построить фемгосекундные лазеры, генерирующие излучение, интенсивность которого достигает релятивистских значеній [14-201;
\'Z} Фундаментальный характер проблемы исследования сь<о:::тв вещества в сверхмодных электромагнитных нолях, находящейся на стыке нелинейной оптики и физики шшзмы, а т-акж- везтакг-псть оопаружения ноеых фундаментальных явлении, нзійдітер релятивистски - стрикционногс с&моканалироваїиїй, новых механизмов пеліїнеіікости, рассеяния излучения и т.п.;
(3"1 Недостаточна л полнота теоретической картины взздаодепствил лазерного излучения с веществом при релятивистских интенсивностях светового поля;
(4) Возможность многочисленных тгрнложенпй "ВТ 21: . БачкеИлИМ из них является использование релятивистско-стрш-одиоиного самокэналирования в качестве механизма супер-концентрации энергии в веществе с целью генерации стимулированного рентгеновского
излучения,' гармоник, сверхсильных магнитных полей, электрон -позитронных пар, термоядерішх нейтронов.
Цель работы. Цель данной работы - разработка и обоснование новых моделей взаимодействия лазерного излучения релятивистской интенсивности с холодной плазмой докритическои плотности и исследование на основе этих моделей основных неустойчивостей, возникающих при распространении мощных ультракоротких лазерных импульсов в веществе. Для ее достижения решались следующие задачи:
-
Из уравнений Максвелла и уравнений релятивистской гидродинамики электронной компоненты плазмы в электромагнитном поле выводились приближенные системы самосогласованных уравнений, описывающих нелинейное распространение сверхмощного лазерного излучения фемтосекундной длительности в плазме; устанавливались лагранжевы формулировки и инварианты этих уравнений [Р2];
-
Проводилось аналитическое и численное исследование неустойчивости релятивистско-стрикционного самоканалирования в условиях нарушения осевой симметрии распространения [рЗ];
(3) Теоретически исследовалась самомодуляция ультракороткого
лазерного излучения в плазме;
(4) Теоретически исследовалось рассеяние ультракороткого
мощного лазерного импульса, распространяющегося в плазме.
Научная новизна. В диссертации представлен ряд новых теоретических результатов, к числу которых относятся:
(1) Новая консервативная модель взаимодействия лазерного
излучения фемтосекундной длительности и релятивистской
интенсивности с холодной плазмой докритическои плотности [р2] ;
(2) Инкремент общей продольно-поперечной неустойчивости поля
ультракороткого мощного лазерного излучения, обусловленной
релятивистской и стрикционной келинейноетями и генерацией волн в электронной коглдсненте плазг.ш r?2] , а также связь данного инкремента с рассеянней излучения;
\3) Описание самомодудяции лазерного импульса большой неперечней апертуры и установление адиабатической зависимости локального сдвига частоты лазерного імпульса от его амплитуды;
(4) Численное исследование фнламзнтзігни субпнкоеекундных
лазерных импульсов в условиях начального нарушения осевой
і'.йммліскіі ;гЗі. "снцеїгцнп сильной и'слабой филаментации;
(5) Способ обеспечения слабости ійдзмзіітсипзішсп
неустойчивости релятивистско-стрикционного самоканалирования путем
управления начальной апертурой и мощностью лазерного излучения
[г>3] .
Научная и практическая ценность. Результаты данной диссертационной работы имеют научное и ітрактичсокое онячение в следующих отношениях.
'І! Предлагаемая теория -нелинейного распространения
ЛЗЗеріїОІ'О НЗЛУЧеНИЯ уЛЗТрЯКСГСТКОЙ ДЛНТеЛЬИОСЇИ И СВССХЗКССКСП
интенсивности з плазме является вкладем в оЗхзрмпвдпчпся в последнее десятилетие на стыке физики плазмы и нелинейной оптики самостоятельную область лазерной физики - самоканалирование ультракороткий моцнкх лазерных импульсов в вепеетье. Исследования, представленные в данной диссертации, уточняют и систематизируют знания, накопленные в этой области.
;.2) В рамках построенные з настоящей диссертации моделей взаимодействия релятивистски интенсивного лазерного излучения ультракороткой длительности с плазмой изучены не исследовавшиеся ранее явления - общая продольно-поперечная неустойчивость
сверхинтенсивного светового поля, обусловленная релятивистской и стрикционной нелинейностяш и генерацией волн в электронной компоненте плазмы, а также процесс рассеяния лазерного излучения.
(3) Посредством численного моделирования изучена не
рассматривавшаяся ранее в литературе проблема филаментации
лазерного излучения в плазме при релятивистско - стрикционном
самоканалировании в условиях нарушения осевой симметрии импульса и
разработана концепция обеспечения устойчивости лазерного пучка
путем специального выбора его начальной апертуры и мощности.
(4) Полученное в данной работе адиабатическое соотношение
между локальным сдвигом частоты распространяющегося в плазме
лазерного импульса и его амплитудой, а также результаты,
относящиеся к рассеянию лазерного излучения в плазме, могут быть
использованы в качестве основы для экспериментальной диагностики
процессов распространения .света в плазме.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Новая модель взаимодействия релятивистски интенсивного лазерного излучения ультракороткой длительности с холодной плазмой докритическои плотности, удовлетворящая условиям консервативности и учитывающая дифракцию и рефракцию лазерного излучения, релятивистско - стрикционную нелинейность, генерацию плазменных волн, дисперсию скорости распространения излучения и инерцию электронов;
-
Концепция сильной и слабой филаментации ультракороткого мощного лазерного импульса в плазме с релятивистско - стрикционной нелинейностью;
(3) Способ обеспечения физической устойчивости (слабой
филаментации) релятивистско - стрикционного самоканалирования
путем управления начальной апертурой и мощностью лазерного излучения;
(4) Описание самомодуляцдк лазерного импульса больной
апертурі: в плазме методом осреднения до малому параметру
отношению плазменной частоты к частоте лазерного излучения и
вычисление сдвига частоты излучения как функции его амплитуды:
-
Вычисление инкремента и определение условиїі развития общей филаменїационно-модуляцііОішой неустойчивеети медного лазерного изпуцвнх« о плавмо ъ 'результат;? релятивистской и стрикционной нелинейностей и генерации плазмонов;
-
Получение численными методами диаграммы направленности рассеяния, обусловленного самодифракцией в нелинейной среде и ВКР на плазмонах при распространении в плазме лазерного излучения релятивистской интенсивности и ультракороткой длительности.
Структура диссертации. Диссертация состоит из пяти глаь.
заключения и приложения.
