飞秒激光等离子体超热电子能谱

实验在100TW超短超强掺钛蓝宝石飞秒激光装置上进行，研究铜平面靶的靶前超热电子和靶后超热电子能谱，期望获得超热电子有效温度和激光靶面功率密度的定标关系。用电子磁谱仪获得了：靶前法线方向、靶后激光传播方向和靶前激光反射方向超热电子能谱。     

低能He~(2+)与He原子碰撞转移电离出射电子能谱研究

利用反应显微成像谱仪对70和100keV He2+与He原子碰撞转移电离(TI)过程中不同出射角度的电子能谱进行了测量,观测到出射电子能谱具有如下分布特征:出射电子速度分布介于0和入射离子速度vp之间;在不同出射角度电子能谱分布均有一极大值存在,随着出射角度的增大,能谱分布极大值逐渐减小;当电子出射角度等于45°时,多数电子集中在0eV附近。上述特征可由低能离子-原子碰撞"准分子"模型进行定性解释。在100keV He2+-He转移电离出射电子能谱中有靶电子被俘获至散射离子连续态(electron capture to continuum,简称ECC)电子的贡献,这可看做是动力学两步过程的作用。     

飞秒激光-金属薄膜靶相互作用中靶前后超热电子能谱的比较

采用电子谱仪测量了飞秒激光-金属薄膜靶相互作用中靶前和靶后产生的超热电子能谱.结果显示：靶前超热电子能谱的峰出现在约430 keV处，靶后超热电子能谱的峰出现在约175 keV处；靶前超热电子的有效温度分别为218 keV和425 keV，靶后超热电子能谱出现“软化”现象，其有效温度分别为96 keV和347 keV.靶前和靶后超热电子能谱明显不同是由于超热电子输运穿越过密等离子体和冷材料的靶，并在靶后建立Debye鞘，鞘电场使靶后超热电子能谱峰向低能端移动，鞘电场和自生磁场导致靶后超热电子能谱产生“软化”，估算出的鞘电场小于激光电场.     

激光功率密度对Al膜靶后表面快电子发射的影响

 报道了在20 TW皮秒激光器上完成的p偏振激光与等离子体相互作用过程中产生的快电子的角分布和能谱测量结果。实验得到：当激光功率密度小于10¹⁷ W/cm²时,电子发射没有明显定向性,在激光入射面内多峰发射;当激光功率密度大于10¹⁷ W/cm2,小于10¹⁸ W/cm²时,电子主要沿靶面法线方向发射;当激光功率密度达到相对论强度时,电子主要沿激光传播方向发射;激光功率密度未达到相对论强度时,靶后表面法线方向快电子能谱拟合平均温度符合共振吸收温度定标率;激光功率密度达相对论强度以上时,靶后表面法线方向快电子能谱拟合平均温度高于已有的温度定标率。     

1．053μm激光产生逃逸电子的实验观测

利用１．０５３μｍ钕玻璃激光辐照Ａｕ、Ｔｉ、Ａｇ及Ｃ＿８Ｈ＿８等材料平面靶，在不同功率密度Ｉ＿Ｌ下测量了等离子体中由于反常吸收而产生的逃逸高能电子能谱。测量是由一台可变磁场９０°焦β谱仪完成的。测量结果表明：在谱仪测量的能量范围内，热电子分布中的高能尾部在高能电子能谱中所占的比重是完全可以忽略的。我们所测的电子能谱大多数可以用麦克斯韦分布来描述，高能电子温度Ｔ＿ｈ一般为３０～７０ｋｅＶ。实验得到Ａｕ、Ｔｉ、Ｃ＿８Ｈ＿８平面靶Ｔ＿ｈ与Ｉ＿Ｌ之间的关系式。     

双示踪元素X射线能谱诊断激光等离子体电子温度

在“星光Ⅱ”激光装置上对Mg/Al混合材料平面靶和Mg/Al示踪层金盘靶进行三倍频激光打靶实验,用平面晶体谱仪测量靶材料发射的X射线能谱,获取了示踪离子谱线实验数据.采用多组态Dirac-Fock方法计算所需原子参数,并在局域热动平衡条件下建立了双示踪离子谱线强度比随电子温度变化关系.在此基础上由双示踪元素等电子谱线法确定了Mg/Al混合材料平面靶及金盘靶激光等离子体的电子温度 关键词： 电子温度 激光等离子体 X射线能谱     

飞秒激光-等离子体相互作用中快电子能量分布

 采用不同量程的电子谱仪与LiF热释光探测器相配合，测量了飞秒激光 等离子体相互作用中产生的快电子能量分布。结果显示快电子能量分布的一致性和多个重要特征与国外同类实验和计算机模拟结果相似。快电子能谱在低能处产生凹陷是由于冷电子的回流产生的；几种加速机制共同作用是能谱在100~350 keV范围内出现平台的原因；快电子的有效温度较好地满足共振吸收的温度定标律是由于反射激光加速与共振吸收机制均是通过朗道阻尼或波破对电子进行加速的。     

强激光与锥型结构靶相互作用准直电子束粒子模拟研究

利用PIC(particle-in-cell)方法模拟研究了超短强激光与锥型三明治结构靶相互作用快电子束的产生和传输,并与锥通道靶、锥丝靶和锥靶在相同激光参数下的作用结果进行了比较.研究发现强激光与锥三明治靶作用产生的快电子能被不同密度材料产生的准静态界面强磁场有效地准直传输.相对其他三种锥型结构靶,锥三明治靶能产生更多数目及更高能量的快电子,提高了激光到快电子的能量转换效率和快电子束的品质,这对快点火能量沉积是有利的.     

真空电子偶素原子的产生

用慢正电子束入射固体靶表面,通过测量湮没光子能谱随靶温度和入射慢正电子能量的变化,用“峰法”确定慢正电子产生电子偶素原子的转换率。转换率依赖于靶材料、靶温度和入射慢正电子能量。对材料锗转换率可达80％。 关键词：     

飞秒激光辐照铝靶产生快电子发射的实验和模拟研究

采用实验和数值模拟研究了飞秒激光辐照铝靶产生的快电子发射。实验中,在主脉冲前加上一个预脉冲产生预等离子体,然后主脉冲与预等离子体作用产生快电子。在激光反射方向附近,实验测量的快电子束发射与数值模拟的结果高度地一致;在靶背面,发射的快电子的数目小于数值模拟的结果,原因在于快电子在靶内输运受到电荷分离场和碰撞的影响;在数值模拟中未出现的,沿靶表面发射的快电子束,是由表面准静态电磁场的禁闭效应产生。     

利用轫致辐射谱回推超热电子温度

超短超强激光打靶产生的超热电子与固体靶相互作用时会产生轫致辐射X射线。利用蒙特卡罗方法,对电子在固体靶中传输产生的轫致辐射X射线进行了模拟。1 MeV电子束与固体靶作用产生的轫致辐射谱模拟结果表明,轫致辐射谱高能段斜率受靶厚度及靶材料的影响不明显。麦克斯韦分布的电子束及单能电子束与30 m铜靶作用的模拟结果显示,两种电子源产生的轫致辐射谱在电子束能量或温度较高时基本一致。给出了一种利用轫致辐射谱斜率反推超热电子温度的定标方法。模拟了不同温度下超热电子产生的轫致辐射光子的能量角分布及光子数角分布,结果显示辐射光子能量通量和光子数随着电子温度的提高越来越向前倾,并给出了另外一种由轫致辐射能量角分布反推超热电子温度的定标关系。     

超热电子的产生与输运背向辐射的测量

报道了在20TWfs激光器上采用电子磁谱仪和光学CCD积分成像相机分别对激光固体靶相互作用在靶背方向产生的超热电子能谱及其光学渡越辐射进行的测量。能谱测量结果显示:超热电子能谱呈双温类麦克斯韦分布,拟合的温度分别为90和280keV,平均温度为185keV,这与已知的温度定标率较好地吻合。光学渡越辐射测量结果显示:光学渡越辐射是由于超热电子输运穿越固体靶所致,而辐射区域呈圆盘状、有发散角、有光强分布。如果考虑超热电子的产生和加热机制,则占主导地位的加热机制是共振吸收对电子的加热。     

fs激光在靶背表面产生的质子束成丝

 介绍了利用3TW/60fs钛宝石超短超强激光与20μm铜薄膜靶相互作用的实验。实验观测到质子束的角分布随激光功率密度有所变化。在较高的功率密度（～1×10¹⁸ W/cm²）时，观测到环状的质子束分布，发散角较大。在较低的激光功率密度（～2×10¹⁷ W/cm²）时，质子束发散角减小，质子束出现成丝现象。质子束的角分布实际上反映了从靶前输运到靶背的超热电子电流横向分布。在输运过程中，由于Weibel不稳定性会使超热电子电流出现空心化并最后破裂成丝。     

Effect of spontaneous magnetic fields on energy transfer by fast electrons in spherical laser targets

It is shown that the spontaneous magnetic fields generated due to development of hydrodynamic instability in the process of compression of spherical laser targets can substantially affect the energy transfer by fast electrons. The analytical solutions to the kinetic equation for the distribution function of fast electrons are obtained taking into account the reflection from the region of the magnetic-field localization. On the basis of these solutions, the effect of the spontaneous magnetic fields on the specific energy released by the fast electrons per unit mass and on preheating of the target material being compressed is investigated.     

飞秒激光辐照铝靶产生快电子发射的实验和模拟研究

采用实验和数值模拟研究了飞秒激光辐照铝靶产生的快电子发射.实验中,在主脉冲前加上一个预脉冲产生预等离子体,然后主脉冲与预等离子体作用产生快电子.在激光反射方向附近,实验测量的快电子束发射与数值模拟的结果高度地一致;在靶背面,发射的快电子的数目小于数值模拟的结果,原因在于快电子在靶内输运受到电荷分离场和碰撞的影响;在数值模拟中未出现的,沿靶表面发射的快电子束,是由表面准静态电磁场的禁闭效应产生.     

利用渡越辐射研究超热电子在固体靶中的输运过程

为了探索超热电子的输运过程，在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪，分别在靶背表面法线方向测量了光发射空间分布图案和光谱. 实验测量结果显示，光发射空间分布图案呈圆盘状，在圆盘中明亮而强的光信号呈局部化分布，该现象表明，超热电子在输运的过程中存在成丝效应，引起严重的不稳定性；光发射光谱在3倍频和3/2倍频附近出现尖峰，分别是3次谐波和3/2次谐波，这一现象归因于超热电子束在传输的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射(CTR)；光发射光强随靶厚度的增加而减小. 关键词： 超热电子 相干渡越辐射 输运 不稳定性     

Hot and cold electron dynamics following high-intensity laser matter interaction

The characteristics of fast electrons laser accelerated from solids and expanding into a vacuum from the rear target surface have been measured via optical probe reflectometry. This allows access to the time- and space-resolved dynamics of the fast electron density and temperature and of the energy partition into bulk (cold) electrons. In particular, it is found that the density of the hot electrons on the target rear surface is bell shaped, and that their mean energy at the same location is radially homogeneous and decreases with the target thickness.     

Evidence of ultrashort electron bunches in laser-plasma interactions at relativistic intensities

The second harmonic of the laser light (2omega(0)) is observed on the rear side of thick solid targets irradiated by a laser beam at relativistic intensities. This emission is explained by the acceleration by the laser pulse in front of the target of short bunches of electrons separated by the period (or half the period) of the laser light. When reaching the rear side of the target, these electron bunches emit coherent transition radiation at 2omega(0). The observations indicate that, in our conditions, the minimum fraction of the laser energy transferred to these electron bunches is of the order of 1%.