انتشار طولانی پالس های لیزر فوق کوتاه پر شدت در گازها
چکیده
در این پایان نامه، موضوع انتشار طولانی پالس های لیزر فوق کوتاه پر شدت در گازها بررسی شده است. مدل خود-هدایتی برای این تحقیق، استفاده شده است. در این مدل، اثراتی که در انتشار پالس لیزر با توانی بزرگتر از توان بحرانی مهم می باشند، مانند اثرات پراش، خود-کانونی کر، یونش، واهلش، جذب پلاسما و واگرایی باریکه ناشی از پلاسما در نظر گرفته شده اند. در مکانیسم خود-هدایتی، اتلاف هایی مانند یونش، انرژی پالس لیزر را تضعیف می کند و فاصله ی انتشار را محدود می سازد. در این رساله، برای طولانی کردن فاصله ی انتشار، به مطالعه ی 2 نمونه از مکانیسم های مهم در هدایت اپتیکی پرداختیم که عبارتند از: هدایت اپتیکی نسبیتی (خود-کانونی نسبیتی) و هدایت از یک کانال از پیش تشکیل شده. در شدت های نسبیتی، ضریب شکست پلاسما وابسته به شدت می باشد و امکان خود-کانونی نسبیتی، فراهم می شود که این خود-کانونی نسبیتی بر پراش غلبه کرده و موجب طولانی شدن فاصله ی انتشار می شود. برای این کار، انتشار پالس های لیزر لاگر-گوسی با مد lg01 با شدت نسبیتی را از درون پلاسما بررسی کرده و به طور عددی، نشان دادیم که توان بحرانی خود-کانونی نسبیتی برای مد لیزر lg01 تقریباً 6 برابر توان بحرانی برای مد لیزر tem00 است، یعنی می باشد. برای ایجاد محیطی با ضریب شکست متغیر که هدایت اپتیکی را به دنبال داشته باشد، می توان از یک کانال پلاسمای ناهمگن استفاده نمود که ضریب شکست در روی محور کانال از پیرامون آن بیشتر باشد. کانال پلاسما با این چنین نمایه ی ضریب شکستی موجب هدایت اپتیکی پالس لیزر می شود. به عنوان مثال، ما پیشنهاد نمودیم که از یک پالس لیزر پر شدت لاگر-گوسی با مد lg01 ، کانال پلاسمایی با ضریب شکست شعاعی سر تخت تولید نموده و از آن برای هدایت اپتیکی مدهای لیزر lg01 یا tem00 استفاده کرد. با درنظر گرفتن این نمایه برای کانال پلاسما، شرایط سازگاری برای هدایت اپتیکی باریکه های لیزر را به دست آوردیم. سرانجام، انتشار پیاپی دو دسته از پالس های لیزرفمتو ثانیه lg01+lg01 و lg01+tem00 که با فاصله ی زمانی 300 فمتو ثانیه و با قطبش یکسان در هوا فرستاده می شوند، را به طور عددی بررسی کردیم و امکان هدایت اپتیکی مدهای لیزر lg01 یا tem00 از درون پلاسمای از پیش تشکیل شده ناشی از انتشار مد لیزر lg01 اول در هوا را تحقیق کردیم. نتایج عددی نشان دادند که پالس لیزر دوم با مد lg01 یا tem00 متحمل فرآیند خود-کانونی شده و تولید رشته می کند که این رشته تا ابتدای رشته ی تولید شده توسط پالس لیزر دوم ادامه دارد. در انتشار پیاپی پالس های لیزر پر شدت، هم چنین نشان داده شده است که پالس دوم زمانی می تواند از درون کانال پلاسمای ایجاد شده توسط پالس اول هدایت شود که عمق چگالی پلاسمای ایجاد شده توسط پالس اول در حدود cm^-3 10^18 باشد.