使用粒子模拟研究等离子体中激光的异常碰撞吸收

通过考虑一维平板等离子体几何结构的新型粒子模拟 (PIC) 代码，研究了均匀欠密等离子体中激光的碰撞吸收。等离子体中带电粒子之间的库仑碰撞由蒙特卡洛方案建模。对于给定的几倍于强度为 $\I0$ 的 800~nm 激光波长的靶厚度，通过引入依赖于总速度 $v = \sqrt{\vth^2 + \v0^2}$ 的库仑对数 $\ln\Lambda(v)$，在不同电子温度 $\Te$ 下计算了由于库仑碰撞（主要在电子与离子之间）导致的光的吸收分数（$\alpha$），其中 $\vth$ 和 $\v0$ 分别为电子的热速度和有质动力速度。研究发现，在低温区域（$\Te\lesssim15$~eV），光的吸收分数随 $I_0$ 的增加反常增加，直至达到与强度 $I_c$ 对应的最大值，随后在 $I_0>I_c$ 时下降。这种在低强度区域 $\alpha$ 随 $I_0$ 的反常变化此前已在实验中被证实，并近期由经典和量子模型加以解释。在此，我们首次报道了由 PIC 模拟辅助下的蒙特卡洛碰撞所揭示的异常碰撞激光吸收现象，从而弥合了模型、模拟与实验结果之间的差距。