超强激光与等离子体相互作用会产生丰富的电磁辐射,电磁波谱范围很广,涵盖了射频辐射到γ射线之间的宽广频段。然而,目前的研究多数集中在真空极紫外光、X射线和γ射线等高频辐射或是太赫兹波段的低频辐射,对于频率更低的微波和射频段电磁辐射的研究还不够深入,物理实验证据也比较缺乏,难以对发射电磁脉冲的物理过程获得清晰的认知。虽然目前己经有很多研究人员投入了这个科研领域,但研究进度不甚理想。伴随着技术的发展,激光的脉宽减小、能量提高,其峰值功率进一步提升,甚至达到了 PW量级。实验研究显示,激光峰值功率的提高会使实验中产生的低频电磁脉冲更加强烈,电磁脉冲对电子器件的特殊效应也更加显著。近年的超短超强激光实验中己经多次出现示波器、CCD相机等设备受损和测量信号受干扰等现象,这迫使我们进一步认识电磁脉冲的物理机制并掌握该脉冲的性质和特点。正是基于这个原因,我们开展了超短超强激光驱动电磁脉冲的模拟研究工作。从电磁脉冲的物理机制、频谱特性、强度分布及传播规律等几个方面展开研究,希望通过仿真模拟研究能进一步了解其中的物理过程,并为强激光驱动电磁脉冲相关的实验工作起到积极的参考作用。具体研究工作与创新点如下:1、用粒子模拟方法计算了超短超强激光与等离子体相互作用时,产生的高能电子出射方向比较集中,这些电子轰击靶室后会使靶室壁在短时间内不均匀带电。然后,用有限元仿真软件模拟45TW和5PW靶室的金属壁不均匀带电时,内部电磁场发生谐振的物理过程。球状靶室产生的磁场在靠近靶室壁区域和金属平台上方区域明显较强,且特征频率为288.3MHz;柱状靶室产生的磁场强度在靶室中心区域和二面角区域较弱,靠近靶室壁中部的区域较强,金属平台上部区域的磁场最强,此时电磁场特征频率为194.8MHz。靶室内的复杂结构组件不但会使内部磁场的空间分布发生改变,同时会也使其谐振特征频率发生改变。该模拟有助于深入了解激光驱动等离子体产生电磁脉冲的物理过程,也能为靶室内各种诊断设备进行有效抗电磁干扰设计提供思路。2、对靶室内产生的电磁脉冲通过窗口向外传播过程进行模拟。若以峰值电场强度来表示某点电磁脉冲强度,结果显示,在窗口靠外侧的电磁场峰值强度明显大于窗口内侧。而且电磁脉冲的波前在初始时刻平行于金属壁,经过窗口后变为类似球面波形状向外传播,强度随扩散距离的增长迅速衰减。若以窗口中轴线靶室外部分的峰值电场强度变化情况,来代表靶室外电磁脉冲强度随扩散距离而变化的规律:靠近窗口区域的峰值电场强度与距离成反比例关系,随扩散距离的增大其值迅速减小;而在距离相对较远的区域中,其峰值电场强度随扩散距离的增大而线性减小。该模拟获得了窗口各个区域的电磁脉冲强度分布特征并探究了靶室外电磁脉冲衰减规律,有助于了解靶室内电磁脉冲的传播规律,并为靶室外设备抗电磁干扰提供理论基础。