МОДЕЛЮВАННЯ ПЛАЗМОВИХ ПРОЦЕСІВ В РЕЛАКСАЦІЙНІЙ ОПТИЦІ

Плазма може виступати в ролі сильного оптичного середовища. Різні оптичні ефекти в плазмі, такі як генерації гармонік, параметричне підсилення були передбаченні ще в 60-х роках [1]. Однак, експерементально ці ефекти цілеспрямовано не вивчались до 70-х. Велика активність в цій області розвинулась, після того, як булла визнана важлива роль в майбутній техніці лазерного термоядерного синтезу. В цих умовах розуміння механізму оптичних ефектів в плазмі виявляється необхідним, оскільки вони впливають на прцес лазерного нагріву плазми. Ми розглянемо основи теорії взаємодії лазерного випромінювання з плазмою.

Ми узагальнимо формалізм з урахуванням затухання плазми і застосуємо його для довохкомпонентної плазми.

Щільності електронів і іонів у плазмі рівні

Динамічні рівняння, які описують плазму – це, по-перше, рівняння неперервності для електронів і іонів

по-друге, рівняння руху для електронів й іонів.

Отримана система рівнянь разом з рівняннями Максвела формально описують всі можливі оптичні ефекти в ідеалізованій плазмі. На практиці для відносно високочастотних оптичних полів членом (q_i/m_i)[E+V_i×B/c] можна знехтувати через велику величину маси іона. В цьому випадку плазма збуджується за рахунок електричної і сили Лоренца, діючих на електрон. Відгук іонів на зовнішнє поле виявляється зв'язним з віддачею електронів в основному через взаємодію з полем в відповідності з законом Гаусса

В плазмі можуть відбуватися чотирьохвильові змішані й інші оптичні процеси третього порядку. Деякі з них зв’язані з індукованим оптичним полем зі зміною показника заломлення плазми.

Більш реалістичний розгляд, коли плазма представляється як однорідна середовище, а нелінійний приріст до показника заломлення зв’язаний з механізмом електрострикцій в неоднорідному полі. В залежності від принципу мінімуму вільної енергії в системі електрони й іони перерозполідяються таким чином, щоб показник заломлення в областях з більшою інтенсивністю поля. Лазерний нагрів плазми також може викликати зміну показника заломлення, який описується членом (∂n/∂T)∆T, ∆T залежність від інтенсивності  лазерного випромінювання. Цей лазерно-індукований тепловий ефект підсилює електрострикції, оскільки він призводить до розміщення плазми і, отже, до збільшення показника заломлення в області з більшою інтенсивністю лазерного випромінювання [3].

Ситуація з експерементальною частиною складніша від теоретичної, тому що реальна плазма дещо відрізняється від ідеальногої.

Для ширшого розуміння взаємодії лазерного випромінювання необхідно знати початкові параметри плазми: ступінь її іонізації, розподілення електронної та іонної щільності, розподілення температури і тощо [4].

Для можливості коректної інтерпретації даних лазерний імпульс повинен мати чітко визначену форму і профіль поперечного розділення інтенсивності. В цьому випадку належним чином отриманні експериментально результати можна порівнювати з результатами чисельного розв’язку системи рівнянь для зв’язаних хвиль [5].

Оптичні процеси, безсумнівно, грають важливу роль при лазерному стиску мішені в експерементах по лазерному термоядерному синтезу. Саме вони визначають ефективність вкладу енергії в мішень. Доволі значиму їх роль в процесах генерації УФ та рентгенівського випромінювання в лазерно-індуктивній плазмі.

Список літератури

1. Kroll N., Rostoker N. Theory of the Unmagnetized Plasma / N. Kroll, N. Rostoken // Phys. Rev. Lett., 1964.-V. 13.– 83p.
2. Spitzer L. Physics of Fully Ionized Gases / L. Spitzer // N.Y.: Interscience, 1961
3. Max C. E. Physics of the Coronal Plasma in Laser Fusion Targets / C. E. Max // Phys. Fluieds., 1976.-V. 19 – 74p.
4. Brown F., Parks R. E., Sleeper A. M. Nonlinear optical reflection from a metallic boundary / F. Brown, R. E. Parks, A. M. Sleeper // Phys. Rev. Lett., 1965.-V. 14. – 1029p.
5. Bloembergen N., Chang R. K., Jha S. S., Lee C. H. Optical second harmonic generation in reflection from media with inversion symmetry/ N. Bloembergen, R. K. Chang, S. S. Jha, C. H. Lee // Phys. Rev., 1968.-V. 174. – 183p.