强激光在磁化多组分等离子体中的色散关系罗月娥①1,王学文2(1景德镇学院机械电子工程学院,江西景德镇333400;2景德镇学院信息工程学院,江西景德镇333400)摘要:色散关系是研究激光与等离子体相互作用的基础。本文利用麦克斯韦方程组,结合磁流体力学中的相对论性动量方程,推导出圆偏振强激光在磁化的电子正电子对等离子体、电子正电子离子等离子体中平行于磁场方向传播时的色散关系、折射率以及截止频率,并重点讨论正电子组分、磁场、激光的偏振性对它们的影响。关键词:强激光;磁化等离子体;多组分等离子体;色散关系;折射率中图分类号:O437文献标志码:A文章编号:20959699(2022)06000104一般在天体环境中广泛地存在着包含正电子的等离子体,例如电子正电子(ElectronPositron,EP)对等离子体、电子正电子离子(ElectronPosi-tronIon,EPI)等离子体,以往人们对此类等离子体的研究都是在天体物理环境中。直到1997年,Burke等人第一次在实验室环境中利用电子束与太瓦激光脉冲碰撞产生了正负电子对[1]。目前的研究成果表明,包含正电子组分的等离子体可以通过超强激光轰击固体靶来实现,正电子密度甚至可以达到1026cm-3[2]。在这种背景下,人们对激光与EP、EPI等离子体相互作用的研究大量涌现出来。例如,在EP对等离子体中,Shukla等人发现了光束压缩、光束聚焦、光束囚禁在等离子体密度空穴里的现象[3];Cheng等人对强激光在非均匀EPI等离子体中的光束聚焦和成丝机制进行了研究[4];罗月娥等人讨论了真空极化效应对强激光在EPI等离子体中传播的折射率的影响[5]。在许多物理环境中,等离子体中都存在强磁场。例如,大多数的脉冲星和磁星表面都有很强的磁场,因此其表面被磁化EP对等离子体所组成的磁层所包围[6];在磁约束聚变实验中,人们利用强磁场来限制等离子体;此外,在激光脉冲与等离子体靶的相互作用过程中,人们也观测到了强的自生磁场[7]。因此,近年来强激光与磁化等离子体之间的相互作用也受到了人们的广泛关注。例如,Shukla等人研究了磁化等离子体中的电子回旋波的非线性传播,以及右旋圆偏振激光在磁化等离子体中的调制不稳定性和成丝不稳定性[8];Jha等人对线偏振激光在冷的磁化等离子体中的调制不稳定性的空间分布以及激光束的聚焦斑的演化情况进行了研究[9]。在对以上提到的强激光与等离子体相互作用过程中出现的各种非线性现象进行研究时,由于光色散是它们的研究基础。例如,利用色散关系得到激光传输的速度,讨论激光在等离子体中的截止...
