主脉冲参数和入射条件变化对等离子体状态的影响

 用一维非平衡辐射流体力学程序,计算和分析了主脉冲激光斜入射与预脉冲垂直入射耦合作用锗靶介质的等离子体状态和激光增益区。研究表明,主脉冲以40°斜入射与其垂直入射相比,在相同靶面功率密度下,电子、离子温度、等离子体烧蚀深度下降约10%。在相同的靶面总能量下,40°斜入射电子温度下降约15%～20%。采用主激光斜入射时间延迟技术,这种下降差别还会更小,能量吸收效率会更高,激光增益区更大。     

激光等离子体的受激Brillouin散射

 研究了激光等离子体背向和侧向受激Brillouin散射光谱结构。激光等离子体相互作用时,受激Brillouin散射光谱受激光等离子体状态的影响而产生Doppler效应。当激光以45° 入射不同材料的平面靶时,等离子体运动产生不同的二维效应,高Z材料产生的等离子体冕区主要沿靶法向运动,受激Brillouin散射光谱在侧向产生较大蓝移,而低Z材料则主要在激光入射方向产生较大蓝移。     

弯管缺陷形状与位置对超声导波传播特性影响*

基于超声数值模拟,研究椭圆形冲蚀缺陷的几何尺寸和位置与接收端超声波能量之间的关系。通过控制椭圆形冲蚀缺陷几何尺寸,研究缺陷在弯管θ= 0°且ψ= 20°位置处,不同几何尺寸的缺陷对接收端压电传感器(PZT)时域信号能量的影响。此外,为研究相同几何尺寸的椭圆形冲蚀缺陷位于弯管不同位置时,对接收端时域信号能量的影响,椭圆形冲蚀缺陷位于弯管以下位置：ψ= 20°且θ取值范围为0°~ 30°,每间隔2.5°取一个值;θ= 0°且ψ取值范围为15°~ 45°,每间隔2.5°取一个值。数值模拟结果表明：缺陷位于弯管θ= 0°且ψ= 20°位置处,随着缺陷面积增加,接收端上侧PZT时域信号能量减少;随着缺陷深度和缺陷深度与面积都增加的两种情况下,上侧PZT时域信号能量均出现先减小,当缺陷深度达到弯管厚度的75%(6 mm)时,上侧PZT时域信号能量再增加;相同几何尺寸的缺陷位于弯管θ= 0°,随着ψ增加,上侧PZT时域信号能量先减小后增加;相同几何尺寸的缺陷位于弯管ψ= 20°,随着θ增加,θ与 呈现出单调递增的关系。通过上述结果可知,椭圆形冲蚀缺陷的几何尺寸和位置与接收端时域信号能量之间存在相关性,基于此可通过能量变化实现对缺陷几何尺寸大小和位置的评估。     

载能Ni原子斜入射Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学模拟,详细研究不同角度入射的载能Ni原子在Pt(111)基体表面的沉积过程.结果表明,随着入射角度θ从0°增加到80°,溅射产额、表面吸附原子产额、空位产额的变化情况均可按入射角度近似地分为θ≤20°,20° < θ < 60°和θ≥60°三个区域.当θ≤20°时,载能沉积对基体表面的影响与垂直入射时的情况类似,表面吸附原子的分布较为集中,入射原子容易达到基体表面第二层及以下,对基体内部晶格产生-定的影响;在20° < θ < 60°的范围内,入射原子的注入深度有所下降,对基体内部晶格的影响减小,表面吸附原子的分布较为均匀,有利于薄膜的均匀成核与层状生长;当θ≥60°时,所有入射原子均直接被基体表面反射,表面吸附原子产额、溅射产额、表面空位产额均接近0,载能沉积作用没有体现.     

类锂铝10.57和15.47纳米X光激光增益研究

在LF-11(10^(11)W)激光装置上,开展了类锂铝(Al^(10+))的X光激光实验研究。实验中,激光器运行在线聚焦工作状态,波长1.06μm,脉冲宽度约为200ps,能量约20J。线聚焦长12mm,宽约100μm。实验中使用了厚铝靶(1.2μm)和薄膜铝靶(60和94.7nm),用时间积分掠入射光栅谱仪测量线状等离子体轴向XUV谱,用针孔照相机监视线聚焦状态。结果表明,Al^(10+)离子的10.57(3d-5f)和15.47(3d-4f)nm线的强度随等离子体的长度呈现明显的非线性增长。这两条激光跃迁线,用60nm铝靶时,增益系数分别为3.18和2.26cm^(-1);用1.2μm铝靶时,增益系数分别为1.67和0.91cm^(-1);用94.7nm铝靶时,波长为10.57nm线的增益系数为1.78cm^(-1)。说明厚度合适的薄膜靶能获得较高的增益。     

激光与固体靶相互作用中低密度预等离子体对高能电子产生的影响

 对线极化、圆极化的超短超强激光脉冲与靶前有一段低密度预等离子体的固体靶的相互作用进行了理论和粒子模拟研究。激光通过有质动力加速机制加速预等离子体中的电子，研究了电子获得的最大能量随激光强度和预等离子体密度的变化。当激光脉冲与靶直接作用时，靶中的电子由于J×B机制而得到加速，所获得的能量比预等离子体中电子低。研究表明，在超短超强激光脉冲与固体靶相互作用中，预等离子体的存在有利于高能电子的产生。     

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。     

主脉冲参数和入射条件变化对等离子体状态的影响

用一维非平衡辐射流体力学程序，计算和分析了主脉冲激光斜入射与预脉冲垂直入射耦合作用锗靶介质的等离子体状态和激光增益区。研究表明，主脉冲以４０°斜入射与其垂直入射相比，在相同靶面功率密度下，电子、离子温度、等离子体烧蚀深度下降约１０％。在相同的靶面总能量下，４０°斜入射电子温度下降约１５％～２０％。采用主激光斜入射时间延迟技术，这种下降差别还会更小，能量吸收效率会更高，激光增益区更大。     

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。     

类锂硅离子软X射线激光的空间特性

本文报道类锂硅离子软X射线激光的空间分布特性,研究表明软X射线激光的最佳增益在离靶面约300μm的中等等离子体密度区,而临近靶面的高密度区增益则较小.     

X光辐射通过稀疏波区的反照率

 在激光间接驱动内爆动力学过程中,软X射线烧蚀形成的高温低密度等离子体处于非局部热动平衡状态,X射线的传播需要用输运方法处理。利用简化物理模型给出了X射线烧蚀形成的高温低密度等离子体的流场空间分布,介绍了一种计算X射线反照率的方法,并给出反照率的解析表达式。     

类锂铝复合机制产生X光激光的等离子体状态

本文从速率方程出发,讨论了类锂铝复合等离子体的激发态结构,衰减常数,反转率和小信号增益等表征介质增益特性的物理量以及它们随电子温度,电子密度和光子逃逸几率的变化。找到了进行类锂铝离子通过复合机制产生X光激光设计应创造的等离子体状态目标区域。还讨论了这些物理量随原子序数变化的定标律。     

ICF点火靶内环激光SRS抑制方法理论研究

激光等离子体相互作用(LPI)是制约在美国国家点火装置(NIF)上实现间接驱动惯性约束聚变的关键问题之一。LPI的激发不仅依赖于激光束功率密度与光束品质,还强烈依赖于光束所经过的等离子体状态。模拟显示,内环激光通道上靠近腔壁的He等离子体是受激拉曼散射(SRS)产生的主要区域。通过改变黑腔设计参数(包括构型、尺寸和填充物材料等)可以一定程度优化特定区域的等离子体状态,进而抑制LPI的产生。据此,提出了使用大黑腔高激光能量和改变填充气体组分两条控制SRS增长的技术路线。线性分析表明,两条技术路线效果明显,可分别将SRS峰值增益降低70%与63%。     

Theoretical Studies of the Laser Induced Plasma Profile Near the Critical Density Region for an Adiabatic Plasma Model

A theoretical study of the variation of density and flow velocity due to pondermotive force, near critical density region of a laser – produced plasma, obeying an adiabatic pressure law is reported. The ion-continuity, momentum and wave equations are solved in a steady state. The density and flow velocity as a function of incident laser intensity are calculated and plotted for both underdense and overdense regions for adiabatic exponent γ = 4/3, 5/3, 2. The velocity decreases and density increases in the overdense region and velocity increase and density decreases in the underdense region with the increase of larger power at sonic point. It is found that the velocity is subsonic in the overdense region and supersonic in the underdense region. The nature of variation is similar to the isothermal model.     

用斜入射方法计算碳纤维靶的激光增益

 用斜入射方法并考虑了激光被折射和P极化激光的共振吸收,计算了碳纤维靶的等离子体状态和激光增益。激光斜入射获得的类H碳的n=2 、3 跃迁的激光增益系数,比按垂直入射的计算的值略大,但是,增益系数的空间分布变得更窄。激光增益发生在更靠近靶的外表层。     

Optical gains associated with exciton collision processes and high density electron-hole plasma in CdSe

Optical gain spectra for CdSe are measured at 4.2 K changing excitation density. The gain in the 683–689 nm region is concluded to be due to exciton collision processes, in disagreement with the assignment to electron-hole liquid by other investigators. The gain due to high density electron-hole plasma, which has been found recently by the authors to be generated under very high excitation density, is observed in the 688–691 nm region.     

复合X射线激光空间特性的研究

本文研究了类锂硅离子和类钠铜离子两种复合X射线激光的增益空间分布,结果表明复合X射线激光的增益出现在离靶面一定距离的中等等离子体电子密度区,而近靶面高密度区存在自吸收现象.     

2ω1ω激光驱动的类氖锗19.6 nm X光激光

 类氖离子的X光激光理论研究可以为类镍X光激光提供有益启示。设计了一系列瞬态电子碰撞激发类氖锗19.6 nm X光激光的实验,采用2ω1ω泵浦方式,即预脉冲采用倍频钕玻璃激光,主脉冲采用基频,用新开发的瞬态电子碰撞激发类氖锗的系列程序进行了模拟,并与1ω1ω驱动的情况进行了比较。模拟表明, 2ω1ω泵浦方案使类氖锗19.6 nm Ｘ光激光的小信号增益系数增大为1ω1ω方案的1.6倍,增益区也转移到了更高的电子密度区,是获得更短波长X光激光的一种有效方法。     

基于激光等离子体加速的自由电子激光研究新进展

激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束,为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展,电子束的品质难以达到自由电子激光的需求,尤其在稳定性、发散角和能散等方面,阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展,整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展,并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明,通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大,产生高增益的辐射,这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。