平面、薄膜及凹槽靶激光等离子体的参数分布特性与其靶结构关系的实验研究

本文报道最近在中国科学院上海精密光学机械研究所六路高功率激光装置上对平面、薄膜及凹槽靶激光等离子体的实验结果。诊断结果表明,激光等离子体各参数的空间分布与其靶结构有着十分密切的关系。讨论了各种靶激光等离子体的电子温度、密度及离化态分布的特点并与理论计算的结果进行了初步的比较。     

激光等离子体动量转换效率的实验研究

强激光与固体靶相互作用时，产生的高速喷射的等离子体对靶具有强烈的反冲作用，因此，激光等离子体可以作为一种新型的推进动力源.与传统的化学燃料推动相比，激光等离子体具有较高的比冲和有效载荷比等特点.对纳秒激光脉冲与铝、石墨、铅和碳氢靶相互作用时，等离子体对靶的冲量进行了实验测量，研究了大气与真空环境下的靶动量与激光聚焦面积的关系，并对部分实验结果与理论计算的数值进行了比较.实验结果显示，大气与真空环境下的靶动量有很大的差异，并且真空下的靶动量受材料性质的影响较大，与以往长脉冲激光的实验结果有很大的不同. 关键词： 激光等离子体 动量 动量耦合系数     

激光等离子体喷射空间特性实验观测

用１．０５３μｍ的高功率激光辐照不同类型的柱形腔靶，采用空间成像技术分别获取激光注入孔、腔内和输运口等离子体喷射空间分辨图像，对激光等离子体喷射空间特性进行了实验观测。还采用了平面靶和特殊构形的转换体靶观测等离子体喷射行为。本文给出了实验中获得的典型结果，并对这些结果进行了简要的分析讨论。     

高Z等离子体辐射的非平衡特性

 对激光直接加热和X光辐射加热Au等离子体的非平衡特性进行了实验研究，探讨了它们的物理机制。为此，提出了一种新型的锥盘靶结构，并在神光 II装置上进行了实验，结果表明：锥盘靶很好地避免了激光加热区的等离子体喷射和散射光对X光加热区的影响，改善了辐射加热场的干净性。对锥盘靶激光和辐射加热进行了模拟计算，所得结果与实验的结果符合较好。     

斜入射激光等离子体堵口时空特性研究

 在“星光II”上首次利用X光12分幅相机(XFC)成功地观测到了1.053 μm激光以45°方向斜入射孔靶和半腔靶等离子体堵口的时间和二维空间图象，获得了等离子体堵口速度，同时通过一维模型给出了斜入射条件下的等离子体堵口速度。实验结果表明：相同参数条件下半腔靶与孔靶相比，等离子体喷射速度高约15%。一维模型给出的等离子体喷射速度与XFC测出的等离子体喷射速度在实验误差范围内是一致的。     

FEB氦灰问题研究

本文从现有的氦灰输运和排除的实验数据出发，计算了ＦＥＢ的氦灰积累速率，得到了平衡氦灰浓度，另外，从α粒子平衡方程和等离子体功率平衡方程出发得到的结果与直接从实验数据计算得到的结果相一致。最后，用二维Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ程序模拟了排灰效率与偏滤器工程结构参数和靶板附近的等离子体参数之间的敏感性关系。     

薄膜锗靶等离子体参量诊断的实验研究

描述了对双脉冲辐照薄膜锗靶形成的等离子体参量诊断的实验研究。使用平晶谱仪和时间分辨ｘ射线晶体谱仪诊断等离子体参量，给出了等离子体的电子密度、电子温度及其时间演变过程。实验结果表明：双脉冲打靶比单脉冲打靶电子温度有较大幅度提高。诊断结果为双脉冲驱动薄膜靶高增益Ｘ射线激光实验选择最佳的实验条件提供了实验依据。     

百焦耳级XeCl准分子激光辐照靶材的光学诊断

在百焦耳级ＸｅＣｌ准分子激光器上，开展了强紫外激光辐照ＬＹ—１２铝靶和碳纤维靶的光学诊断实验。研究了靶面对激光的反射系数随入射激光功率密度的变化规律，获得了激光等离子体光谱及蒸汽羽积分图象等实验结果。     

全息术诊断激光产生蒸汽羽等离子体

介绍了用脉冲激光全息二次曝光法诊断Q开关钕玻璃激光脉冲与LY12铝靶(φ50×3)耦合产生蒸汽羽等离子体的原理和实验。在打靶激光脉宽约50ns,功率密度约5GW/cm~2条件下,拍摄了激光产生蒸汽羽等离子体的全息干涉图。运用Abel变换和Saha方程,对全息干涉图进行数据处理,得到对激光与物质相互作用机理研究的有用参数。     

用于激光等离子体诊断实验的二 倍频探针光系统

为了满足基准物理实验的要求 ,准确地探测出靶面的等离子体的电子温度、密度、电子离子漂移速度等参数 ,在星光 激光装置上发展了一束二倍频激光作为探针光。通过模拟实验已经证实了该探针光的二倍频总能量大于 5J,焦斑尺寸小于 1 0 0 μm,可以满足激光与等离子体相互作用的高功率要求。目前 ,该探针光系统已经用于用于激光等离子体诊断实验的常规运行。     

电子碰撞激发类氖锗X光激光增益饱和的理论研究

耦合ｘ光激光辐射输运方程与速率方程，编制了研究类氖锗等离子体中多条激光线增益饱和过程的程序。计算结果与普通饱和方程的结果在深度饱和阶段有显著区别。计算结果还显示了增益曲线“烧孔”及线宽在饱和前后由不断变窄到不断加宽的现象。理论结果与“多靶串接”类氖锗Ｘ光激光实验数据进行了比较。     

强激光在高Z等离子体中吸收的波长关系

利用“神光Ⅰ”输出的～５００Ｊ、１．０５μｍ，～２００Ｊ、０．５３μｍ激光和“星光Ⅱ”输出的～７０Ｊ、０．３５１μｍ激光，实验研究了激光与金圆盘靶作用产生的等离子体对激光的吸收，获得了激光１０°、４５°入射Ａｕ盘靶吸收的波长关系。实验结果与一维平面等离子体吸收模型计算的结果基本相符。     

利用单飞秒激光脉冲驱动类氖钛X射线激光的研究

提出了一种利用单飞秒激光脉冲驱动类氖钛X射线激光的物理方案.利用自相似方法研究了不同脉冲前沿的单飞秒激光辐照钛平板靶产生的类氖钛X射线激光等离子体的特性,得到了电子温度、电子密度和定标长度三者的定标律,讨论了给定输入参数下各定标律曲线的特性.研究表明,利用单个飞秒激光能够实现X射线激光的产生,而且脉冲前沿强度随时间增长平缓的飞秒激光有利于驱动X射线激光.本研究为实验上实现单飞秒激光脉冲驱动X射线激光提供了一种新的方案.     

X光激光在等离子体中的传播

由于等离子体柱中有垂直于轴向的电子密度梯度,致使X光激光在等离子体柱内传播时发生折射。折射效应限制了增益区的长度,采用“双靶对接”的实验方法,能有效地抑制折射的影响。本文从理论上阐述了折射效应对激光增益的影响相当于在小讯号增益系数上加了一个负项;并给出X光激光出靶端的强度角分布及偏离轴向的折射角;为“双靶对接”实验提供靶面的夹角值。理论计算结果与实验结果符合得很好。     

空气中激光等离子体诱导电信号探测

将高功率脉冲激光作用于金属元靶产生等离子体，实验测试了并分析了靶上电势信号的时间演变规律及其成因，同时实验研究了激光能量、靶材料、靶结构等因素对靶上电势信号的影响．     

斜辐照激光等离子体辐射X光子特性

 在神光Ⅱ高功率激光装置上,实验研究了激光斜辐照形成的激光等离子体辐射X射线光子的特性及真空喷射热等离子体流的方向。采用针孔X射线相机测量了钕玻璃激光（基频1.053 μm）辐照铝靶形成的激光铝等离子体辐射的X射线光子的空间分布,并针对正入射和入射激光斜辐照情况下测得的X射线光子量及特性进行了分析和比较。结果发现：入射激光斜辐照固体平面靶产生的向真空喷射热等离子体流的方向是垂直靶面（即法线方向）;正入射和斜入射激光叠加驱动靶时,一定程度上能改善激光辐照的均匀性,但等离子体源辐射的X射线光子数并未发现显著地增加;当激光斜辐照与靶相互作用时,激光能量被等离子体吸收下降。     

第二届物理奖简介

 第二届“胡刚复、饶毓泰、叶企孙、吴有训物理奖”评审结果,共有4个项目7名同志光荣获奖.他们是:一 胡刚复物理奖(实验技术)获奖项目:高功率激光物理实验技术的发展获奖人:林尊琪主要贡献:在激光等离子体相互作用和球靶内爆动力学基础研究方面做了大量实验物理技术发展工作,包括:成功建立了国内适用于激光等离子体基础研究的七项先进配套诊断系统,其中多分幅X光背景照明诊断设备是国际首创,为相关联地研究激光内爆球靶两维动力学过程提供了重要技术基础.     

复合泵浦双靶串接中等离子体的均匀性问题

在大功率激光装置上进行了预备性复合泵浦双靶串接实验中，利用针孔透射光栅谱仪对两路激光辐照靶产生的线状激光等离子体的均匀性进行了监测。分析和比较了单靶与串接靶线状等离子体均匀性的差异。     

空间碎片典型材料激光烧蚀反喷羽流实验研究

建立了观测和记录不同激光入射角度烧蚀6061铝合金靶材等离子体反喷羽流特性的实验装置,对实验结果图像进行了处理,并对处理结果进行了数值拟合。拟合结果表明,激光辐照靶材后100ns内,等离子体反喷羽流大致分布区域为靶面外5mm×5mm。激光以不同角度入射时,等离子体反喷速度相对于靶面法线方向大致呈轴对称分布。当激光相对靶面法线方向小角度范围内入射时,激光烧蚀引起的冲量主要沿靶面法线方向,反喷羽流沿靶面法方向的速度为20~40km·s-1。激光斜入射时,反喷羽流沿靶面法线方向的速度要大于激光垂直入射的情况。高斯函数可以很好地描述等离子体反喷羽流速度分布。     

纳秒激光烧蚀固体靶产生的等离子体在外加横向磁场中膨胀时的温度和密度参数演化

利用等离子体光学波段自发光成像、光学光谱和光学探针干涉等诊断手段, 观察了纳秒脉冲激光烧蚀固体靶产生的等离子体在外加横向磁场中的膨胀过程. 根据实验参数特征建立了简化的磁流体物理模型, 结合自发光强度的时间演化, 理论计算了等离子体温度和密度参数的时间演化, 理论计算结果与实验测量结果基本符合, 证实了碰撞磁扩散过程在等离子体演化中发挥了关键作用.