[發明專利]一種液態水介質激發太赫茲輻射的仿真模型的構建方法

有效

• 申請號: 202110439444.5
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN112989684B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 沈韜;田澤中;朱艷;王浩洋;張佳榮;劉佳和
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F119/14
• 代理公司: 昆明科眾知識產權代理事務所(普通合伙) 53218
• 代理人: 蔣晗

1.一種液態水介質激發太赫茲輻射的仿真模型的構建方法，其特征在于，所述方法具體步驟如下：

Step1、確定激光參數、空間步長和時間步長，將仿真區域進行格點的劃分，計算各格點位置電場的大小，方向；

Step2、在Step1的基礎上，建立液態水電離模型，根據格點激光場強度確定電離速率，將電離速率轉化為單時間步長的電子數增量，將產生的相應數量的電子放置在仿真空間內；

Step3、在生成電子的基礎上，計算電子受力，推動電子運動，更新電子的速度信息和位置信息；

Step4、在Step2和Step3的基礎上，進行電子與水分子碰撞計算，使用MCC方法計算各電子的碰撞概率，用隨機數判斷電子是否進行碰撞，以及具體進行哪一種碰撞，隨后同樣使用隨即數判斷碰撞后電子散射角，并計算碰撞后電子的速度；

Step5、在Step3、Step4后，將現有仿真空間內的電子進行密度增量的在格點位置的歸結和電子速度在格點位置平均的計算；

Step6、在Step5的基礎上進行當前時間步的瞬態光電流和太赫茲時域波形的計算。

2.根據權利要求1所述的液態水介質激發太赫茲輻射的仿真模型的構建方法，其特征在于，所述步驟Step1的具體步驟為：

Step1.1、設置仿真區域長度、仿真時間、仿真空間步長和仿真時間步長；

Step1.2、設置激光參數，每個時間步循環開始前，首先計算當前時間步下雙色激光場的前場幅值，采用經典激光模型，雙色激光場關于時間的函數可以表示為：

其中τ為激光強度一半時所對應的時間寬度，ω是基頻波的角頻率，2ω是二次諧波的角頻率，是兩個基頻波與倍頻波之間的相位差，E_ω和E_2ω分別是基頻波和二次諧波的電場幅值，電場幅值與激光總強度關系表示為：

式中真空中的光速c＝3.0×10⁸m/s，真空中介電常數ε₀＝8.8541×10^-12F/m。

3.根據權利要求1所述的液態水介質激發太赫茲輻射的仿真模型的構建方法，其特征在于，所述步驟Step2的具體步驟為：

Step2.1、確定水中的電離方式為隧穿電離，水分子隧穿電離速率表示為：

其中，

式(4)中，ε(α)為原子單位的電場；

α_ST可表示為：

式(5)中，ω_a是原子頻率單位，

式(6)中e和m分別表示電子的電量與質量，

β_ST可表示為：

式(7)中，γ_H是氫原子的電離勢，

式中，水的電離能

由于隧穿電離與激光電場成正比，所以在一個光學周期內，時變的激光電場可以產生時變的電子漂移速度，再與時變的電子電離速率結合產生電子漂移電流，從而輻射出太赫茲，通過電離率W_ST，得到電子密度的增加率為：

其中，Ne(t)是時變電子密度，N_g是初始中性氣體密度；

Step2.2、確定電離方式后，根據每個格點位置的電場強度，帶入隧穿電離公式，得到每一個空間格點的電子生成速率，隨后根據如下公式將電子均勻釋放在仿真區域內：

式(10)中dρ為電子增長速率，t_step為時間步長，s_step為空間步長，hn為宏粒子代替普通粒子的個數，公式(10)表示在一個時間步長內，以空間格點為中心的正方體內釋放的宏粒子數；而為了保證電子在空間中均勻分布，采用如下公式生成電子在三維空間中的位置坐標：

式(11)中rand[-1,1]為[-1,1]范圍內的隨機數，pos(dg)表示格點在空間中的位置坐標，表示以±0.5倍的空間步長長度為范圍，以空間格點為中心，在這個空間內均勻放置當前時間步內生成的所有電子，對于正好處在邊界上的格點，存在50％的概率將會在仿真區域外放置粒子，如果計算后需要在仿真區域外放置粒子，則刪除該電子信息，減小計算量，同時可以確保仿真區域內電子的空間分布保持平滑。