飞秒激光诱导电晕放电及离子风的研究

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飞秒激光具有脉宽短、峰值功率高的特点,自诞生以来一直备受广大科研工作者的关注,其中,关于强飞秒激光脉冲在空气中的传输的课题也一直是强场激光物理领域的热点之一。强飞秒激光脉冲在空气中传输会出现成丝现象,主要是由于克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应之间的动态平衡,从而可以形成一条连续的等离子通道。  许多研究工作均表明飞秒光丝通道内有大量的自由电子和离子,具有良好的导电性,因此科学家提出激光引雷的概念,试图用强的飞秒激光在空气中形成一条较长的、连续性好的等离子体通道,用以引导闪电中巨大的电流沿通道安全地导入地面。此外,飞秒光丝还被建议应用于人工影响天气、LIBS技术、THz辐射等领域,因此飞秒激光成丝具有重要的研究意义。  本论文首先介绍了飞秒激光成丝和电晕放电等物理现象,并分析了飞秒激光在空气中成丝的物理过程和飞秒光丝的一些基本性质。随后重点介绍了飞秒光丝诱导电晕放电实验,并提出了一种新颖的电极设计方法,新设计的球形电极能够解决之前实验中的一些弊端,例如在电极表面产生额外电晕区。此外还通过理论模拟和实验两种方式分析了新电极和传统电极中飞秒光丝尖端诱导电晕放电空间电场的不同分布情况,并对比了两种情形下飞秒光丝尖端附近电晕放电的起晕电场阈值的不同。最后重点介绍了一种利用飞秒光丝诱导电晕放电产生离子风的新方法,类比金属电极的电晕放电过程给出了飞秒光丝诱导产生离子风的理论解释,并实验研究了飞秒光丝诱导产生离子风的流速值和分布。
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