3。2。1 多光子电离速率 13

3。2。2 扩散速率 14

3。2。3 自由载流子的密度 14

3。2。4 等离子吸收系数 15

3。2。5 等离子能量密度 16

3。2。6 击穿阈值和自由电子密度的变化 17

4  等离子体动力学参数计算 18

4。1 等离子体及其耦合光场的演化计算 18

4。2 等离子体电离动力学指标的计算 20

结 论 22

致 谢 23

参 考 文 献 24

1 绪论

1。1 研究意义及背景

激光技术现如今作为高科技领域中重要分支，其发展推进了一大批行业的转变，比如光 纤通信、激光分离同位素、激光排版、激光产业加工、激光推动等。如今世界各国都在鼎力 开辟激光技术领域，有的国家还将其纳入国家发展计划。比如美国政府战略防御计划（SDI）， 关于激光的开发和应用研究经费占有非常高的比重。随着激光技术的广泛应用，人们对于这 领域的基础研究的需求越来越大，因此广泛受到人们的关注[1]。论文网

当高功率激光脉冲聚焦到透明介质，只要超越一定的辐照度阈值，介质就会瞬间变成不 透明。吸收系数的突然升高是因为具有致密的光学吸收性质的等离子体的形成。等离子体的 形成，也称为激光击穿，一直以来都是在气体，液体和固体中观察。当高功率激光脉冲聚焦 到透明介质时会导致在焦点的材料快速加热，其次是其爆炸性扩张和排放的冲击波。如果在 固体或液体中形成的空化气泡，进一步加热体积膨胀，结果形成空腔。

介质的激光诱导击穿的研究实验一直以来主要以固体为主，这是由于它对高功率激光系 统光学元件的损害性较大。然而近年来，在液体中的光学击穿已经获得了相当大的关注，因 为在水性液体的击穿实验中发现了在激光医学各种治疗应用（如眼科显微，激光碎石和血管 形成）。关注度进一步提高是由于飞秒激光系统的出现。激光诱导击穿在水和眼介质也在激 光安全领域有很大的重要性。

1。2  国内外液体中激光等离子体的研究进展

1。3 应用

高温等离子体在原子离子化方面的应用很有价值。由高能态向低能束缚态的电子转换产 生的光谱线能识别击穿介质中的杂质和环境污染物。从本世纪初就有了暴露于电火花下的样 品发射的光谱学分析。近来，光致击穿提供了一种新的光谱分析方法，即利用产生的持续的 高温等离子体。

与逆韧致辐射相比，来自束缚态转换的发射自然有不同的时间特性和光谱特性。原子、 离子和分子的束缚态发射引起了光谱的窄峰。即使是纳秒级脉冲，激发态的衰减时间也明显 要比脉冲持续时间长。因此，发射光谱可能在背景发射消失后很长时间才出现。例如:在大量 的甲苯等离子体中测量的碳的原子、离子和分子的发射时间分别为 276ns,182ns 和 95ns。组 成水的氢离子和氧离子的发射在水等离子体中是不明显的。对于非常大的脉冲能量才能在大 量的水中观察到来自氧的微弱信号以及在水滴中看到氢的巴耳木线。然而，当水中存在杂质 时，就能测到这些杂质的显著信号。气体的辐射击穿阈值比液体的要低，而气体的等离子体 温度、发射强度却比液体的要高。所以与气体相比较而言，对于液体介质，这使得需要更多 的输入能量用来使液体蒸发，更大部分的能量用于产生机械效应。因此，对于液体样品中杂 质的有效测量方法可能需要高浓度的杂质。在具有高吸收率的液体中，溶液中的杂质既能通 过吸收激发光来阻止击穿;也能通过发散等离子体散射光来减小光聚集的效率。而且此时高重 复率也不再起作用，因为等离子体的形成受到残留在先前脉冲焦点区域内的剩余空泡的影响。 但是，杂质的探测效率通常取决于杂质的化学组成成分，而且表面的扰动也会对等离子体形 成产生影响。