文 献 综 述
摘要 本文介绍了飞秒激光等离子体丝与电磁波相互作用的国内外研究现状，以及飞秒激光在空气介质中产生等离子体丝的相关物理机理，并详细介绍了电磁波与等离子体丝阵列相互作用时电磁波和等离子体丝的相关参数对透射与反射的影响一般研究方法。最后给出了利用comsol软件射频模块对等离子体丝与电磁波相互作用进行分析研究的模型。
关键字：飞秒激光、等离子体丝阵列、comsol仿真
研究背景
等离子体（Plasma）是一种由大量处于非束缚态的带电粒子（如自由电子和离子等）所构成的物质形态。它广泛存在于宇宙空间以及实验室环境中，被称为物质的第四态。1928 年，美国科学家 Tonks 和 Langmuir[1]首次使用 Plasma 一词描述气体放电管内处于电离状态的物质。此后，学术界对于其性质和应用的研究就从来没有停止过。
近年来，随着飞秒激光技术的的发展，超短脉冲强激光在大气中传输时，当空气的非线性克尔自聚焦效应和等离子体散焦作用达到动态平衡，就形成了一条长度达到几百米甚至是几十公里长[2]且很窄的等离子体光丝[3]。人们对光丝深入研究，发现光丝的横截面具有复杂的分布[4]，并且光丝就像金属导线一样具有很强的导电性[5]，其电子数密度可达1021m-3量级，理论上可以阻挡频率低于1000GHz的电磁波。飞秒激光等离子体丝的这些特性为其在军事应用上带来了新的契机，因此飞秒光丝和电磁波的相互作用已成为相关领域的研究热点。
国内外研究历史和现状
2.1飞秒激光成丝的研究历史与现状
飞秒激光在空气中传播时由于其受到克尔自聚焦效应和等离子体散焦效应的影响最终会在空气中形成细长的等离子体丝。最早是在1995年，美国密歇根大学的Braun等人[6]利用脉冲能量为0.75mJ的飞秒激光形成一条长约20m，直径为80mu;m的等离子体丝，第一次发现飞秒激光成丝的现象。近几年对激光成丝现象的研究取得了长足的进步。
中国科学院物理研究所的郝作强等人通过实验形成了从几十到上百米的等离子体丝。并利用多种实验诊断手段对其进行了探究。观察到了等离子体丝在空间中复杂的演化过程：单丝逐渐演化成双丝，三个甚至更多的细丝，这些细丝又融合成双丝而稳定地进一步传输，最终消散[7]。吉林大学的李苏宇等人通过数值模拟和实验测量等方法对飞秒激光在空气中成丝展开了研究。他们发现飞秒激光在较高气压下传播时受到群速色散（GVD）效应的影响很大，并通过经典的成像公式将色散长度引入Marburger公式中，提出了改进的Marburger公式，很好地解释了GVD效应对脉冲溃缩位置的影响，而且与数值模拟结果很好地吻合[8]。
2.2等离子体与电磁波相互作用的研究历史与现状
等离子体与电磁波相互作用的研究最早可以追溯到1957年，前苏联科学家观察到在球形人造卫星发射升空时，其电磁散射特性与常见的金属球之间存在很大的差别。直到上个世纪九十年代初，等离子体与电磁波相互作用的研究才有较大的发展[9]。西北师范大学张洁采用蒙特卡罗碰撞的粒子云网格 (Particle-In-Cell Monte Carlo Collision，PIC-MCC) 算法，研究了空气等离子体中的电磁波传播。他们发现电磁波频率、电子密度以及中性气体密度对电磁波能量衰减系数均有很大的影响。电磁波能量衰减系数随着电磁波频率的增大而减小，随着等离子体电子密度的增大而增大，随着中性气体密度的增大而减小[10]。核工业西南物理研究院的孙爱萍等人研究了频率为0.5~10GHz的电磁波在非磁化等离子体中的传播。发现当等离子体密度比较大(n= 1011cm-3)、电子与中性气体的碰撞频率比较大时，无论是均匀还是非均匀等离子体对电磁波能量的吸收都比较大，最大可达90%[11]。长春理工大学的董旭对飞秒激光等离子体丝的电磁辐射及等离子体丝对射频电磁波的耦合过程进行了研究。结果表明在垂直于等离子体丝传播方向频率在8~10.5GHz的电磁辐射的功率约为100pW，通过从理论上对单丝耦合电磁波特性的研究发现单丝可以通过表面波形式传导射频电磁波[12]。大连理工大学的谷卓本文以等离子体隐身为切入点,利用FDTD方法数值模拟了高频电磁波在磁化等离子体的电磁特性。结果表明：外加磁场方向和波方向平行的磁化等离子体,和电磁波作用时会产生电子回旋共振,当电子密度大的时候,共振效果会变强；与此同时,磁场加入使电子绕磁力线旋转,相当于增加传播路径和碰撞频率,因而磁场越强,等离子体对电磁波的衰减越多[13]。哈尔滨工业大学的高瑞林提出了一种基于z变换FDTD方法的电磁波与微等离子体相互作用的研究方法，研究了等离子体密度满足Epstein分布的微等离子体结构的电磁波传输特性，并与等离子体浓度处在同一个数量级时的均匀等离子体进行了比较。通过模拟计算发现Epstein分布的微等离子体对于相同频率入射电磁波有更小的反射系数、更大的透射系数以及更小的吸收系数[14]。
理论原理
3.1飞秒激光形成等离子体丝的机理
飞秒激光具有较高的功率密度在空气中传播时会受到克尔自聚焦效应的影响（当光强较大时介质对光的折射率会随光强呈现非线性），
（1）
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
