王浩若 张冲 张宏超 沈中华 倪晓武 陆健

(南京理工大学理学院,南京 210094)

超短脉冲激光与微小水滴相互作用中电子密度和光场的时空分布

王浩若†张冲 张宏超 沈中华 倪晓武 陆健‡

(南京理工大学理学院,南京 210094)

(2017年1月16日收到;2017年4月10日收到修改稿)

为了研究超短激光脉冲和液滴相互作用过程中电子密度和光场的变化,基于非线性麦克斯韦方程组和电离速率方程,构建了激光等离子体非线性瞬态时域耦合模型,对飞秒激光脉冲击穿微米量级水滴时的电子密度和光场的时空分布进行了计算.结果显示水滴的击穿阈值最小可达2 TW/cm2,为同等条件下无边界水介质击穿阈值的1/4.随着脉冲能量增强,水滴内自由电子密度峰值区域逆着激光入射方向移动,且入射光越强,水滴对光传播的屏蔽越明显.光束在水滴出射端外部汇聚,汇聚点的光功率密度可达入射光的5倍,且时域波形出现压缩和变形.另外,水滴对激光能量的吸收系数随光强增大而增大,并最终趋于饱和.

激光诱导击穿,激光与水滴相互作用,光场分布,电子密度

1 引 言

近年来,随着锁模激光技术和啁啾脉冲放大技术的不断发展,短脉宽、高功率的激光脉冲的相关研究与应用越来越广泛.其中,超短超强激光脉冲与液滴相互作用时,液滴被激光击穿并在液滴附近产生等离子体,随后发生诸如等离子体复合辐射发光、液滴形变[1]、位移[2]、超热电子[3]、极紫外辐射[4]等一系列现象.对这些现……