بررسی اثرات خودکانال زنی و خودهدایت شوندگی در انتشار پرتو لیزری در جو

در این پایان نامه به بررسی اثرات خودهدایت شوندگی و خودکانال زنی در انتشار پرتوی لیزری در جو می پردازیم. هنگامی که تپ های لیزر پر توان فوق کوتاه از میان جو انتشار می یابد، رشته های پلاسما گسترده شده، نور سفید را در یک محدوده ی طیفی تشکیل و نشر می دهند. این پدیده ی غیرخطی اپتیکی از یک تعادل دینامیکی بین کانون شوندگی کِر و اثر واگرایی عدسی پلاسما نتیجه می شود که به آن پدیده ی خودهدایت شوندگی گویند. برای یک تپ که قابل مقایسه یا طولانی تر از زمان واکنش هیدرودینامیکی است، لبه پیشرو تپ هوای نزدیک محور تپ را گرم می کند و هوا را وادار می کند به سمت خارج گسترش یابد و در نتیجه یک کانال کم چگالی ایجاد می شود که عبور قسمت عقبی تپ را آسان می کند. واضح است این یک روش نامناسب تولید کانال است زیرا اتم ها و مولکول ها در ناحیه هایی که گرم شده اند به جذب انرژی از تپ ادامه می دهند در حالی که گازها به سمت بیرون گسترش می یابند. این نقطه ضعف را می توانیم با جایگزین کردن تپ های طولانی با دنباله ای از تپ های کوتاه، حل کنیم. در این مورد، قطار تپ به طوری که مدت زمان هر تپ در مقایسه با زمان پاسخ هیدرودینامیکی کوتاه است پیکربندی گردیده و چون فاصله تپ طولانی تر از زمان پاسخ است، تپ ها می توانند به صورت هیدرودینامیکی گسترش یابند. تحت این شرایط، چگالی ثابت می ماند و فشار و دما افزایش می یابند و انرژی تپ در این زمان کم می شود. پس از عبور تپ، جو به منظور برقراری مجدد تعادل فشار هوای اطراف منبسط می شود و در این صورت کانال تشکیل می شود. این کانال باعث عبور بهتر تپ های بعدی با تضعیف خیلی کمتر می شود. کانال مورد نظر با سه ثابت بدون بعد، پارامتر فشارb (که میزان کاهش چگالی در کانال را توضیح می دهد)، پارامترهای کانونیr و τ توصیف می شوند. با حل عددی معادلات از روش تفاضل محدود نشان خواهیم داد که با افزایش ثابتb، کانال عمیق تر و عریض تر، و با افزایش rو τ کانال زنی ضعیف می شود.