现代应用物理学丛书：激光等离子体推进技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郑志远 著

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• 激光推进
• 等离子体推进
• 航天推进
• 物理学
• 应用物理学
• 等离子体物理
• 激光技术
• 推进技术
• 空间技术
• 现代物理学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030442161

版次：1

商品编码：11701663

包装：平装

丛书名： 现代应用物理学丛书

开本：32开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：180

正文语种：中文

内容简介

　　《现代应用物理学丛书：激光等离子体推进技术》共分为四章，第一章针对激光等离子体推进领域的研究进展进行了全面阐述，特别是对激光等离子体推进技术的工作原理，工作模式，靶的设计，靶动量探测方法，各种能量吸收机制等进行了总结和探讨，第二章在对激光击穿大气产生的冲击波进行分析的基础上，对常见靶材产生的等离子体的冲量进行了实验测量和分析，重点研究了侧向约束与法线方向约束下等离子体的烧蚀特征，第三章以液体靶材为烧蚀对象，针对烧蚀过程中存在的溅射现象造成的推进比冲低的缺点，提出了通过提高液体的黏度系数来提高比冲的方法，并研究了液体黏性与溅射特征量之间的关系，第四章探讨飞秒脉冲激光在大气中的传输机制，特别是长距离等离子体通道内光丝的形成机理，并结合国内外飞秒激光在等离子体推进领域的研究情况，就不同靶材在飞秒激光烧蚀下的推进效果进行了探讨。

目录

前言
第一章 激光等离子体推进技术研究进展
1.1 激光等离子体推进技术
1.1.1 激光等离子体推进技术的工作原理和发展现状
1.1.2 激光推进的技术难点和研究热点
1.2 强激光与靶作用中的吸收机制
1.2.1 逆轫致吸收
1.2.2 共振吸收
1.2.3 真空加热
1.2.4 J×B加热机制
1.2.5 反常趋肤效应
1.3 激光等离子体微推进技术
1.3.1 特点
1.3.2 工作原理
1.3.3 工作模式
1.3.4 激光微推力器的设计
1.3.5 性能参数测量
1.3.6 靶材烧蚀性能及设计
1.3.7 关键技术
1.4 存在问题
参考文献

第二章 激光与固体靶相互作用
2.1 激光在空气中击穿后产生的冲击波微结构
2.1.1 实验装置
2.1.2 实验结果和分析
2.2 激光推进中的靶材
2.3 激光与固体靶的相互作用
2.3.1 实验装置
2.3.2 靶材对靶动量的影响
2.3.3 环境气压对靶动量的影响
2.3.4 靶材和环境气压对比冲的影响
2.4 聚酰亚胺薄膜的烧蚀推进特性
2.4.1 实验装置
2.4.2 实验结果和讨论
2.4.3 其他高分子材料的烧蚀推进
2.5 激光与靶相互作用中的约束烧蚀
2.5.1 等离子体的自由膨胀过程
2.5.2 侧向约束
2.5.3 法线方向的约束烧蚀
2.6 约束烧蚀中等离子体的时空演化
2.7 预脉冲对动量耦合系数的影响
参考文献

第三章 激光与液体相互作用
3.1 液体靶材的研究进展
3.1.1 体状液体靶研究
3.1.2 膜状液体靶研究
3.1.3 滴状液靶研究
3.1.4 高黏度液体靶材研究
3.2 激光在液体介质中引致的击穿现象
3.2.1 激光击穿阈值理论模型
3.2.2 击穿现象的判据
3.2.3 影响激光击穿阈值的因素
3.2.4 等离子体在液体中的膨胀和发光
3.2.5 气蚀空泡和液体射流现象
3.2.6 能量转化效率
3.2.7 存在的问题
3.3 等离子体推进中的水约束烧蚀
3.3.1 实验装置
3.3.2 结果及探讨
3.3.3 理论计算
3.4 透射式约束烧蚀推进
3.4.1 实验布局
3.4.2 实验结果和讨论
3.5 液体黏度系数对烧蚀特征的影响
3.5.1 耦合系数及比冲
3.5.2 发散角及烧蚀压
3.6 液体击穿中的声波测量
参考文献

第四章 飞秒激光等离子体推进
4.1 超短脉冲在大气中的传输
4.1.1 基本原理及传输机制
4.1.2 通道内的复合和辐射机制
4.1.3 锥角辐射的产生
4.1.4 超连续谱和白光
4.1.5 三次谐波的产生
4.1.6 太赫兹辐射
4.1.7 等离子体通道中的细丝
4.2 细丝的特征及分析
4.2.1 细丝的多次自聚焦现象及传输过程的优化
4.2.2 影响细丝形成和传输的几种因素
4.2.3 通道中光丝间相互作用的解释
4.3 等离子体通道的诊断方法
4.3.1 声学测量方法基本原理
4.3.2 应用测量
4.4 飞秒激光烧蚀推进研究进展
4.4.1 实验研究
4.4.2 实验结果和分析
4.5 飞秒激光的约束烧蚀
参考文献

精彩书摘

　　《现代应用物理学丛书：激光等离子体推进技术》：
　　第一章 激光等离子体推进技术研究进展
　　1.1激光等离子体推进技术
　　“你希望我们的孩子坐着激光束去太空旅行吗，”是著名学者Phipps在2004年国际激光束能量推进会议上提到的一句话，这句话以幽默的方式表达了人们对激光等离子体推进技术在航空航天领域应用的一种期待，同时表明了激光等离子体推进技术未来的发展目标，传统的化学燃料驱动火箭升空的技术由于其昂贵的发射费用，低的载荷比，复杂的发射操作运转模式，重复使用困难等缺点而一直困扰着人们对太空的进一步探索，但随着激光技术与航天技术的飞速发展，激光等离子体推进作为一种先进推进技术逐步呈现出其他推进技术不可比拟的优势和发展前景，本章首先对激光等离子体推进技术的工作原理，特点，研究现状，研究热点等问题进行总结介绍。
　　传统的飞行器及火箭的驱动都是通过化学燃料的燃烧来实现的，但是燃料本身所固有的一些特性如化学能，燃烧温度和效率等限制了飞行器在更为深远的星际航行中的应用，从地面发射飞行器至地球低轨轨道，费用大概是15000美元/千克，而发射至同步轨道则更贵，高昂的发射费用，进一步限制了更大规模的商业航天活动，要使单位质量的推进剂携带更多的能量，产生更大的推力，只有借助外部的能量注入[1]，在2002年的Applied Physics Letters上有一篇论文报道了用激光产生的等离子体驱动纸飞机模型的实验[2]，虽然采用的飞机模型的重量只有零点几克，没有真正的实用价值，但是它却对传统的化学燃料驱动技术提出了挑战，其实，早在1972年，美国学者Kantrowitz就首先提出了利用激光烧蚀产生的等离子体来代替化学燃料推进空间飞行器的设想[3]，图1.1为Kantrowitz本人照片及1972年的论文，在文章中他说：“这篇文章的目的是为了唤起人们对一种基于高功率激光推进系统的注意，众所周知，激光可以远距离烧蚀物体，当激光的强度足够高的时候，这种烧蚀可以非常迅速并产生以超音速喷射的气体，更高的激光功率可以使气体电离，产生非常高的比冲，而这种喷射气体将会产生化学火箭一样的推力”。
　　随后，其他发达国家如德国，前苏联，日本等也开始涉足这个领域，他们的主要目标就是大幅度减少在卫星发射方面的费用，美国近期的研究目标是驱动1千克的载重花费1000美元，并且对于激光驱动的发射费用，研究者们希望限定在100美元/千克的范围内，以便在将来的空间运输中发挥更重要的作用，利用激光等离子体来推进的微型飞行器，因为没有传统意义上的发动机，只配备观察和通讯装置，质量非常的轻，可以用于观察气候和火山，激光等离子体推进技术还可以将卫星直接发射进入近地轨道，将近地轨道卫星转移到地球同步轨道，维持卫星轨道参数和清除太空垃圾等应用，在航天运载火箭发射，卫星与飞行器空间机动等方面有着广泛的应用前景。
　　图1.1Kantrowitz A R的照片及1972年的文章
　　1.1.1激光等离子体推进技术的工作原理和发展现状
　　激光等离子体推进的基本原理同火箭发动机类似，都是利用反冲运动的原理来推动飞行器，不同之处在于激光等离子体推进使用的是激光束的能量来加热推进剂，而不是依靠推进剂自身的燃烧，这使得它能超越燃烧温度的限制，形成核心温度为10000~20000 K甚至更高的高温等离子体，这种高温高压的等离子体具有极强的做功能力，实验及理论分析表明，激光推进的比冲可以高于1000s[4]，这种高温高压的等离子体可利用地面上的激光装置经过长距离传输到火箭发动机中来完成，飞行器本身不需要携带过多的能源设备，而且激光等离子体推进这种技术无需传统化学推进中的大分子质量氧化剂，燃烧温度也能大大提高。
　　典型激光推进器的工作原理如图1.2所示，激光束经透镜聚焦到推进剂的后表面，然后产生高温高压的向后喷射的等离子体，利用等离子体的反作用力来推动飞行器前进，Myrabo[5]等人设计的激光推进飞行器的实物如图1.3所示，它的前端是碗状的轴对称抛物形反射镜，尾部是膨胀喷口，镜面反射由地面射来的激光束，并形成环状聚焦，尾部装置接收并聚焦激光脉冲，聚焦的激光束将击穿工作流体，形成迅速膨胀的热等离子体，利用等离子体膨胀的反作用力推动飞行器，它的推进剂既可以是气体，也可以是液体和固体。
　　……

前言/序言

好的，这是一份针对您所描述图书《现代应用物理学丛书：激光等离子体推进技术》之外的其他图书的详细简介，字数约为1500字。 --- 《现代应用物理学丛书：量子光学与非线性光谱学》 丛书分册简介 《现代应用物理学丛书》系列旨在系统梳理和深入探讨现代物理学在工程应用和前沿技术领域的最新进展。本分册《量子光学与非线性光谱学》聚焦于光与物质相互作用的微观机制，特别是光的量子特性及其在复杂介质中的非线性行为，为光学工程、量子信息科学以及精密测量技术提供坚实的理论基础与实验指导。 第一部分：量子光学基础与光场操控 第一章：光子的量子描述与量子场论基础 本章系统回顾了量子力学中光场的经典场论描述（麦克斯韦方程组）到量子场论（QED）的过渡。重点阐述了光子的产生、湮灭算符，以及光场量子化后的能级结构和相干态（相干光）的数学描述。讨论了压缩态光场、纠缠态光场在量子信息处理中的独特优势。内容深入探讨了光场与原子（或类原子系统）的耦合拉格朗日量，为后续的量子相干演化分析奠定基础。 第二章：光与物质的弱耦合：密度矩阵理论与半经典近似 本章侧重于处理光与物质相互作用的动力学演化。首先引入了密度矩阵表征宏观物理量和量子态的必要性。详细推导了玻恩-奥本海默近似下的有效哈密顿量，并在此基础上建立基于密度矩阵的速率方程（Rate Equations）模型。讨论了自发辐射、受激辐射以及吸收过程的量子力学微扰理论，并着重分析了弛豫时间（纵向 $T_1$ 和横向 $T_2$）对光谱线形和相干时间的影响。 第三章：相干光与原子相互作用的精密控制 本章深入研究了在外部激光场驱动下，原子或分子系统的精确操控技术。涵盖了光泵浦（Optical Pumping）、光选择性激发（State-Selective Excitation）等基本技术。重点讨论了拉曼过程（Raman Processes），包括受激拉曼散射（SRS）和受激荧光（SFS）。通过分析多能级系统的动力学方程，阐释了如何通过精确控制激光的频率、相位和脉冲形状来实现特定量子态的制备与转移，为实现量子计算中的量子门操作提供理论工具。 第二部分：非线性光谱学原理与应用 第四章：二阶非线性光学现象 本章系统介绍了一阶线性光学响应之后的二阶非线性现象。详细解析了电磁场与物质相互作用的二阶极化率 $chi^{(2)}$ 的物理来源和张量形式。重点讨论了： 1. 倍频 (Second Harmonic Generation, SHG)： 机制、相位匹配条件（包括空间和时间相位匹配），及其在材料对称性分析中的应用。 2. 和频/差频产生 (Sum/Difference Frequency Generation, SFG/DFG)： 理论框架与在特定波长合成中的应用。 3. 参量下转换 (Parametric Down-Conversion, PDC)： 特别是自发参量下转换（SPDC）作为纠缠光子源的基本原理和实验实现。 第五章：三阶非线性光谱学与高阶效应 本章进入更高阶的非线性响应，即三阶极化率 $chi^{(3)}$ 所主导的现象。这是现代超快光学和高功率激光技术的核心理论： 1. 自相位调制 (Self-Phase Modulation, SPM)： 描述光脉冲在介质中传播时，由于自身强度变化引起的相位瞬时变化，是超快脉冲展宽和压缩的关键因素。 2. 克尔效应 (Kerr Effect)： 包括光场诱导的双折射和折射率变化，分析了其在光孤子（Optical Solitons）产生与稳定传播中的作用。 3. 四波混频 (Four-Wave Mixing, FWM)： 尤其关注受激拉曼增益/抑制（Stimulated Raman Gain/Loss）以及交叉相位调制（Cross-Phase Modulation, XPM）在多波长光通信中的影响。 第六章：高次谐波产生与阿秒物理 本章探讨了在极强激光场作用下，物质发射出远高于驱动光频率的光子现象。 1. 高次谐波产生 (High-Harmonic Generation, HHG)： 详细阐述了三步模型（隧道电离、加速与重组），分析了谐波的饱和平台和截止频率。 2. 阿秒脉冲的产生： 讨论了如何通过控制激光波形（如椭圆偏振光或特定的波形整形）来控制谐波的相干叠加，实现飞秒到阿秒量级的极短光脉冲。这部分内容连接了非线性光谱学与时间分辨的电子动力学研究。 第三部分：实验技术与前沿应用 第七章：傅里叶变换光谱学与高分辨率技术 本章侧重于实现高精度测量的光谱技术。深入介绍干涉测量技术在光谱学中的应用，包括： 1. 傅里叶变换光谱仪（FTS）： 详细分析了迈克尔逊干涉仪的原理，以及如何通过对干涉图样的傅里叶变换恢复出高分辨率光谱信息，特别是在红外和太赫兹波段的应用。 2. 饱和吸收光谱与偏振光谱： 讨论了这些技术如何利用非线性效应消除多普勒展宽，实现亚线宽级别的频率锁定与标准测量。 第八章：超快激光与时间分辨测量 本章聚焦于超快光脉冲的产生、表征及其在物质瞬态过程研究中的应用。 1. 锁模原理： 详细分析了被动锁模（如克尔透镜锁模）和主动锁模的物理机制，以及如何获得具有稳定重复频率和低抖动的飞秒脉冲。 2. 脉冲表征： 介绍了自相关函数、频率分辨光学采样（FROG）和量子谱相干断层扫描（SPIDER）等技术，用以精确重建脉冲的时域和频域信息。 第九章：量子信息与精密测量中的应用实例 本章将前述的理论与技术应用于当前热门的前沿领域： 1. 量子传感与计量： 利用原子钟中光频梳（Optical Frequency Comb）技术，结合非线性晶体和锁模激光器，实现对时间频率标准的超高精度测量。 2. 量子成像与计算： 讨论如何利用双光子/多光子纠缠态，实现超越经典衍射极限的成像技术，以及如何利用高维光子态进行容错量子计算的初步探索。 本书结构严谨，理论推导详实，同时密切联系最新的实验进展，是从事光学工程、原子物理、以及量子技术研究的科研人员和高年级研究生的重要参考书。

评分☆☆☆☆☆

我最近在阅读《现代应用物理学丛书：激光等离子体推进技术》，这本书的名称就充满了科技感，让我对其内容充满了好奇。我猜想，这本书的核心内容是将“激光”的强大能量以及“等离子体”的特殊物理状态相结合，用以开发一种新型的“推进技术”。这听起来就像是把科幻电影里的场景搬到了现实，让人充满想象。我特别感兴趣的是，书中会如何详细阐述激光与等离子体相互作用的物理原理，例如，激光是如何激发物质产生等离子体，以及如何利用这种高能等离子体来产生推力。这本书是否会介绍不同类型的激光等离子体推进器，它们的结构、工作原理以及各自的优缺点？同时，对于“推进技术”的应用，我期待书中能够探讨其在太空探索中的潜力，比如，这种技术是否能够实现更快的星际旅行？是否能够为卫星提供更持久、更精准的动力？书中是否会讨论这种推进技术在理论和工程上所面临的挑战，以及未来的发展方向？我对书中可能包含的理论推导、实验数据和案例分析都充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

我最近入手了这本《现代应用物理学丛书：激光等离子体推进技术》，虽然还没有完全消化，但从目录和一些章节的标题来看，这本书似乎对“激光”和“等离子体”在航天推进领域的可行性进行了深入的探讨。我尤其好奇的是，书中会如何论述“激光”这一高能量束如何与“等离子体”发生作用，进而产生巨大的推力。这听起来就像是在利用光能直接驱动飞行器，这本身就充满了科幻色彩。我猜测书中会详细介绍等离子体的形成机制、其特性以及如何有效地被激光激发和控制。同时，对于“推进技术”的实际应用，我期待书中能够勾勒出一些潜在的工程实现方案，比如针对不同轨道、不同任务需求的推进系统设计，以及可能面临的材料选择、能量效率、热管理等挑战。如果书中能给出一些理论计算模型或者模拟仿真的结果，那就更棒了，能够为我提供一个更直观的理解。而且，从“现代应用物理学丛书”这个系列名称来看，这本书应该具有一定的学术严谨性，但同时又强调“应用”，所以我也期望它能在理论深度和实际可行性之间找到一个很好的平衡点，不会过于晦涩难懂，也不会流于表面。

评分☆☆☆☆☆

最近我接触了《现代应用物理学丛书：激光等离子体推进技术》这本书，其标题本身就吸引了我，因为它融合了“激光”、“等离子体”和“推进技术”这几个极具未来感和挑战性的概念。我猜测这本书的重点将放在如何利用激光的能量来激发和控制等离子体，从而产生一种高效且高效的推进力，这与我们目前主流的火箭技术可能截然不同。我特别好奇书中会如何解释激光与等离子体之间的复杂相互作用，是利用激光的能量直接加热等离子体，还是通过其他方式产生等离子体的定向加速？这本书可能会详细介绍等离子体在不同状态下（例如不同密度、温度）与激光的耦合机制，以及如何优化这些参数以获得最大的推进效率。此外，对于“推进技术”的应用，我希望书中能够探讨其在太空领域的一些具体设想，例如，这种推进方式是否能够实现更高的速度？是否能够更精确地控制航天器的姿态和轨道？书中是否会提及一些潜在的工程挑战，例如激光器的能量需求、等离子体的束缚和导引等问题，并给出一些解决思路？

评分☆☆☆☆☆

我翻阅了《现代应用物理学丛书：激光等离子体推进技术》，感觉这本书的主题非常具有前瞻性。它的核心似乎在于探索激光与等离子体这一特定组合在产生推力方面的潜力，尤其是在太空探索和航天领域。 我很想知道书中是如何将“激光”这一能量源与“等离子体”这一物质状态结合起来，从而实现“推进”这一核心功能的。这本书很可能是在介绍一种全新的动力系统，这种系统或许能够克服传统化学火箭的局限性，比如更高的比冲、更长的燃烧时间或者更低的燃料质量。我期待书中能够深入分析激光与等离子体相互作用的物理机制，例如激光诱导击穿、等离子体加速等原理，并解释这些原理如何转化为实际的推力输出。同时，对于“推进技术”的实际应用，我希望书中能够探讨其在不同航天任务中的可行性，比如深空探测、卫星变轨、甚至未来可能存在的行星际旅行。如果书中还能提及相关的实验验证或者技术路线图，那就更好了，能够让我对这项技术的发展前景有一个更清晰的认识。

评分☆☆☆☆☆

最近正好在啃一本《现代应用物理学丛书：激光等离子体推进技术》，虽然这书名听起来挺硬核，但我这非专业人士也硬着头皮翻了几页。怎么说呢，它给我的第一感觉就是，这本书好像对“激光”和“等离子体”这两个词的应用场景有着非常广泛的想象力，而且似乎是将它们巧妙地融合在一起，用以解决一些传统技术难以触及的问题。我尤其对其中提到的“推进技术”部分很感兴趣，想象着未来我们能依靠这种前沿技术实现某种科幻电影里的场景，比如超光速旅行（当然，我知道这只是个美好的愿景，但书里也许会探讨一些理论上的可能性），或者是在深空中实现高效、精准的轨道调整。书中的配图和图表（如果有的）应该会非常关键，我期待能看到清晰的示意图，解释那些复杂的物理过程，比如等离子体的产生、激光与物质的相互作用，以及如何将这些转化为实际的推力。如果作者在书中能用一些生动的比喻或者现实的类比来解释那些高深的理论，那就更好了，这样即便是像我这样初学者，也能稍微窥探到其中奥妙。而且，这本书的出版时间也值得关注，如果它出版得比较新，那很可能包含了最新的研究成果和技术进展，这对于想要了解前沿科技的人来说无疑是巨大的吸引力。