飞秒成丝阵列对射频电磁波传输的影响研究

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超强飞秒激光脉冲在大气中传输时,能够产生传输距离超过其瑞利长度的飞秒光丝。自从人们发现这一现象之后,国内外的研究学者对飞秒激光成丝的特性及其应用进行了广泛的研究。由于飞秒激光细丝具有良好的导电特性,同时,等离子体细丝还能够与射频电磁波发生相互作用。使它在射频能传输、等离子体隐身、激光雷达等众多领域都发挥着不可或缺的重要价值。因此,对于研究飞秒激光细丝阵列对射频电磁波传输的影响极为重要。本文针对飞秒激光细丝的物理特性,深入研究了等离子体丝阵列在射频电磁波传输过程中对其产生的影响。利用有限时域差分软件(FDTD Solutions)建立了飞秒激光细丝阵列与射频电磁波相互作用的几何模型,模拟了在不同实验条件下电磁波入射到飞秒激光细丝阵列时的反射效率。获得了不同间距的等离子体双丝在射频电磁波不同入射角度等条件下对电磁波反射率的影响规律。在研究飞秒激光细丝阵列对射频电磁波传输影响的理论模拟方面,建立了等离子体丝阵列与射频电磁波相互作用模型,模拟结果表明:当φ=0°,S极化时,增加电磁波入射角度,其反射率随着角度的增加而缓慢增大;当入射角θ超过45°时,反射率增加趋势迅速变大,并在接近90°时达到最大值。相反,在φ=90°,P极化的情况下,随着电磁波入射角的增大,反射率逐渐减小,在接近90°时趋近于零。通过增加电磁波频率对其反射率的影响效果并不明显。可以看出,无论是φ=0°,S极化还是φ=90°,P极化时,在θ=0°时,两种极化的电磁波频率从8.5 GHz增加到12 GHz,反射率仅变化了0.2%。当电磁波频率为10 GHz,等离子体丝的电子密度为1017 cm-3时,减小等离子体丝间距,有利于提高射频电磁波的反射率。进一步实验研究了射频电磁波入射到飞秒激光细丝阵列时的传输影响,重点讨论了不同电磁波入射角度、等离子体丝间距对电磁波传输的影响规律。实验上得到的结果与数值模拟中一致。即:当φ=0°,S极化时,随着入射电磁波角度的增加,射频电磁波的反射和吸收效率不断增强;而φ=90°,P极化时,射频电磁波的反射率和吸收率之和随着入射角的增加而逐渐减小。当等离子体丝间距增加时,射频电磁波的反射和吸收效率降低。本文通过建立飞秒激光细丝阵列与射频电磁波相互作用的理论模型,进行了相应的实验研究,获得了在不同实验条件下飞秒激光细丝阵列对电磁波传输的影响规律,为飞秒光丝用于传导电磁波和雷达探测提供了技术上的支持,为未来电子对抗技术的发展奠定了理论基础,有着广泛的潜在应用前景。
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