等离子体中激光场的吸收机制

等离子体对激光的吸收机制：

超强激光在等离子体中传播时，在临界密度以下区域，激光能够直接进入，在

临界密度附近，激光被等离子体反射。激光在和等离子体的作用过程中，一部分电子被加速而引起电荷分离并产生静电场形成静电势阱，高速电子可以逃逸出此势阱进而增强电荷分离，电子可在此静电势阱中振荡并被加速，最后静电势阱被破坏把能量交给等离子体。 正常吸收：

逆韧致吸收：等离子体中的电子受激光场加速时，在等离子体的离子库仑场附近散射引起

的经典吸收过程。它对电子密度很敏感，它是短波长激光的主要吸收机制，

而且主要发生在临界面附近的地方。

非线性逆韧致吸收：当激光足够强时，电子的振荡速度会超过电子热速度，此时电子速度分

布就会和电场有关，变成非线性逆韧致吸收。此时，激光电场可以和原

子核的电场相比，还会发生多光子过程。非线性吸收系数大大偏离线性

吸收系数。但在激光核聚变的范围内不会有重要偏离。该系数与53

E 有关。 反常吸收：通过波-波相互作用和波-粒子相互作用使电子获得能量的过程

通过静电波加速和加热电子 通过朗道阻尼和波的破裂把波的能量交给电子 这主要发生在小于和等于临界密度区-----晕区物理 共振吸收；受激散射；成丝现象；参量不稳定性吸收

共振吸收(RA)：随着激光强度的增加，共振吸收变得重要。当平面极化激光斜入射时发生共

振吸收，由于在临界面处共振激发电子等离子体振荡，故称共振吸收。斜入

射的P 极化（电场平行于入射面）激光束激发等离子体波，在临界面附近可

以发生共振吸收。沿着电子密度梯度方向的激光电场将导致等离子体电荷分

离，引起等离子体振荡。在临界点处的等离子体频率等于激光频率，因而发

生共振，使电场强度（这应该是等离子体中的电场强度）的振幅变得很大，

导致激光共振吸收。它是波的模式的一种转换，横向的电磁波变成了纵向的

静电波。此静电波沿电子密度梯度方向向低密度等离子体中传播（共振处的电场强度最大，逆着激光传播方向，电场强度依次降低，使得静电波逆着激光传播方向进行传播），群速度逐渐增加，电场强度的振幅逐渐减少。某些电

子在这个静电波的电场中得到加速，达到很高的速度。这些很高速度的电子

的加速导致“波破裂”，释放出超热电子。共振吸收是产生超热电子的重要机

制之一。入射激光与临界密度面的反射光叠加,在临界密度以下区域形成局域

驻波, 产生的强有质动力在低密区驱动电子形成周期性密度结构Bragg 光

栅

反常表面吸收：激光垂直入射于过密等离子体时，电子离开等离子体表面薄层（该薄层内电

磁场不为零）的过程中，可以从电磁波中获得能量而得到加热。反常表面吸收是激光与过密等离子体作用时发生的。

真空加热： 当P 偏振激光斜入射到等离子体（其密度标长L <λ）上时，真空等离子体表

面的电子被光场的垂直于界面的分量“拉”入真空中而振荡加热。真空加热是激光斜入射时发生的。Brunnel 所给出的真空加热的吸收系数为:

30VH 2L cos 2πE e f m c E η

θω= 其中，L E 是入射激光电场，0L sin E E ξθ=是入射和反射电场的叠加。

()th osc 1.7512v η=+。

J ×B 加热： 电子在巨大的入射激光场中产生强烈的相对论振动，并受到很大的纵向洛仑

兹力，从而产生加速。① 激光和等离子体相互作用后产生超热电子并且产

生较弱的电荷分离场。在此过程中，激光通过J ×B 效应加速电子。激光场的

横向电场分量E Y 在等离子体中使电子发生横向振动，激起了横向电流J Y 。J Y

×B Z 的结果是使电子在电流峰值处出现纵向加速的电子速度峰值。② 电子

空穴子（密度凹陷）和静电势阱形成，电子在势阱中作纵向振荡时被加速。

当电子的能量大到超过势阱的约束时，电子就能够逃逸此区域，于是，电场

势阱中的电子逐渐被排出此区域，使密度凹陷加深，同时也使得电荷分离加

大，静电场强度增加，使得剩下的电子要获得更多的能量才能逃逸此区域。

③静电场结构被破坏，储存的静电能被交给等离子体，在此阶段不但电子可

以获得很大的加速，离子也可以得到相当大的加速。“激光等离子体相互作

用的局域振荡电子加热机制.pdf ”

反常趋肤效应(ASE)：

壳层逆韧致吸收：

壳层穿越吸收(SIB)：

逆韧致吸收：(激光等离子体相互作用与核聚变-常铁强等)

逆韧致吸收系数主要由在电晕区中的电子-离子碰撞频率确定，可表示为

IB K = 其中

()()

4e i-e c 123220e B e ln 16π2πZn e n m k T γεΛ= e T 是电子温度，Z 是离化度，e ,e m 分别是电子的电荷和质量，

库伦对数ln Λ取值范围8~10，c 是光速，c n 激光对应的临界密度。逆韧致吸收得到的激光能量：

()()IB 2Im 2Im 2Im W I n c

I n I k c K I

ωω=⎛⎫== ⎪⎝⎭

= 其中，()Im n 为等离子体折射率的虚部，n 为复折射率，c 为光速，I 为等离子体内部的激光强度。