强场X射线激光物理

相干X光,特别是X射线自由电子激光技术的发展提供了一种新的产生超强光场的途径.由于其较高的光子能量、高峰值功率密度与超短的脉冲长度,有望将强场激光物理从可见光波段推进到X光波段.目前,基于X射线的非线性原子分子物理已取得了初步进展,随着X射线光强的提升,相互作用将进入相对论物理、强场量子电动力学(quantum electrodynamics,QED)物理等领域,为激光驱动加速与辐射、QED真空、暗物质的产生与探测等带来新的科学发现机会.本文对强场X射线激光在固体中的尾场加速、真空极化、轴子的产生与探测等方面进行介绍,旨在阐明X射线波段强场物理在若干基础前沿与关键应用方面的独特优势,并对未来的发展方向进行展望.     

超快强激光驱动的原子分子电离

强场电离是超快强激光与物质相互作用时发生的基本物理过程。强场驱动原子分子的电离电子动力学过程发生在一个光学振荡周期以内,是在阿秒时间尺度上研究电子超快动力学的典范。不仅如此,强场驱动下的超短电子束还为探测原子分子的结构及其超快动力学提供了重要的技术手段。文章首先简要阐述了超快强光场中原子分子电离的基本物理图像,在此基础上,介绍了近年来基于强场电离电子开展的超快过程研究的几个例子,最后简要讨论了强场电离研究的未来可能发展方向。     

红外超短脉冲技术的研究进展

红外超短脉冲在高温等离子体、强场物理等方面有极广泛的用途。介绍了红外超短脉冲研究的国内外发展状态，介绍了获得红外超短脉冲的几种方法。     

我国在中红外强场物理领域获重要发现

我国科研人员近日在中红外强场物理前沿研究领域获得重要成果：利用上海光机所强场激光物理国家重点实验室新近建成的可调谐中红外波段的超强超短激光平台，开展了强场原子阈上电离的实验与理论的深入研究，从实验中发现了中红外新波段（例如，2000nm波长）强光场中，原子的阈上电离电子能谱在低能端出现了令人惊异的峰状（甚至双峰）新结构，并进而揭示了长波长条件下长程库仑相互作用起了重要作用．     

飞秒强激光诱导人工降雪首次实现

近期《自然—光子学》杂志在＂News＆Views＂专栏中,专题报道了中科院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室徐至展、李儒新研究组首次利用飞秒强激光在云室中非线性成丝诱导大面积降雪的重要科学发现。     

极强激光场驱动超亮伽马辐射和正负电子对产生的研究进展

高功率超短超强激光脉冲的诞生开启了相对论非线性光学、高强场物理、新型激光聚变、实验室天体物理等前沿领域.近年来,随着数拍瓦级乃至更高峰值功率激光装置的建成,超强激光与等离子体相互作用进入到一个全新的高强场范畴.这种极强激光场与等离子体相互作用蕴含着丰富的物理过程,除了经典的波与粒子作用、相对论效应、有质动力效应等非线性物理过程外,量子电动力学(QED)效应变得格外重要,例如辐射阻尼效应、正负电子对产生、强伽马射线辐射、QED级联、真空极化等.本文主要介绍我们近年来在极端强激光场与等离子体相互作用中激发的QED效应以及伴随的超亮强伽马射线辐射和稠密正负电子对产生等方面的研究进展.     

超强激光驱动的辐射反作用力效应与极化粒子加速

光强超过10~(22) W/cm~2的极端超强激光将光与物质的相互作用推进到辐射主导区域,激发高能伽马光子辐射,产生明显的辐射反作用力效应.辐射反作用力可以显著影响强场中带电粒子的动力学行为,并从根本上改变了极端强场区域的激光等离子体相互作用规律.如何理解和验证辐射反作用力效应是强场物理研究的核心内容之一.本文结合该方向的国内外研究进展,论述了辐射反作用力的经典形式与强场量子电动力学的理论计算与模拟方法,详细讨论了单粒子在强场中的反射、量子随机辐射、自旋-辐射耦合等效应,介绍了激光等离子体相互作用中的电子冷却、辐射俘获、高效伽马辐射等机制,并给出了目前辐射反作用力效应的实验验证方法与进展.针对自旋在强场量子电动力学方面的效应,介绍了激光加速产生极化粒子源的方法.     

超强激光与固体靶作用驱动量子电动力学级联和稠密正电子产生的研究进展

极端超短超强激光脉冲的诞生将光与物质的相互作用推进到由辐射阻尼效应和量子电动力学（QED）效应占主导的高度非线性物理范畴。强场QED效应蕴含了丰富的物理过程包括辐射阻尼、高能伽马辐射、正负电子对产生、QED级联、真空极化等,是高能量密度物理和强场物理研究领域的前沿热点。QED级联是解释致密天体辐射和伽马射线暴形成的重要物理机制,其产生的稠密正电子源在高能物理、材料无损探测、癌症诊断等领域亦有重要的应用前景。介绍了QED级联过程及其理论模型,讨论了固体靶中的QED级联发展及其诱导的非线性物理效应,并回顾了固体靶中稠密正电子产生的主要研究成果。     

用于神光Ⅲ原型装置精密物理实验的时标激光系统

用与大型激光装置输出主激光脉冲同步的梳状脉冲作为时间标尺,标定强激光与靶丸作用的过程,对强场物理实验测量及模拟实现精密化具有重要的意义.报道了一种电光调制结合光学方法产生与主激光精确同步的多频率时标激光脉冲的光纤系统.采用电光调制产生150 ps快光脉冲,通过光纤堆积产生1053 nm的基频梳状脉冲信号,经过放大和倍频输出527和351 nm的绿光及紫外倍频梳状脉冲激光. 系统可稳定地为神光Ⅲ原型装置提供精密物理实验所必需的各种频率的时标激光,并且可根据物理实验需要灵活地调整梳状脉冲间隔和幅度,具有很好的适应性. 关键词： 激光聚变驱动器 时标光 光纤激光系统     

《强激光与粒子束》(中文核心期刊,EI收录)刊物简介

<正>《强激光与粒子束》(High Power Laser and Particle Beams)是由中国工程物理研究院和四川核学会1989年2月创办的国内外公开出版的科技期刊,2003年改为月刊,2008年增加了中国核学会为主办单位。主要报道我国高能激光与粒子束技术领域的基础理论、实验与应用研究的成果和最新进展。内容涉及高功率激光、高功率微波与粒子束的产生、传输及其与物质的相互作用,加速器及高功率脉冲功率技术。主要学科包括;强激光光学,激光器与加速器,高功率微波,脉冲功率,等离子体物理,惯性约束聚变,粒子物理,纳米技     

光学元件的激光损伤问题

光学元件是各类激光系统不可或缺的光学功能实现部件,其性能决定了激光系统的输出能力和光束质量。光学元件的激光损伤问题从激光发明起就一直伴随着激光技术的发展,随着激光新技术的发展和激光新应用的牵引,激光的波段、脉冲宽度以及重复频率等参数不断拓宽,使得激光损伤问题更加复杂,但万变不离其宗,激光损伤问题的核心是光学元件或光学材料对激光的吸收机制问题。从激光与光学材料相互作用的基本原理出发,以惯性约束聚变（ICF）激光驱动器应用的典型光学材料和光学元件为研究对象,回顾了针对光学元件的激光损伤问题开展的科研工作,总结了在此期间形成的关键技术和里程碑进展,同时也对依然困扰该领域的几类光学元件存在的问题瓶颈以及进一步研究发展趋势进行了展望。     

相变制冷复合镜研究

提出一种新的复合式腔镜结构,利用硅镜(钼镜)和铜镜的优点,避免它们的缺点,可以有效地减小热畸变.对钼、铜复合镜作了与硅镜的对比实验.实验结果表明钼、铜复合镜的热畸变比硅镜的约小一半.     

重离子物理和交叉学科研究及CSR工程进展

综述了近年来中国科学院近代物理研究所在新核素合成研究、同位旋效应研究、高自旋态性质研究及交叉学科研究方面取得的进展, 简述了国家重大科学工程——兰州重离子加速器，冷却储存环(CSR)的主要设计改进、建设内容以及近期各系统的建设进展.     

高压条件下高能重离子辐照材料研究进展

高能重离子辐照处于高压条件下材料的研究，是随着高能重离子加速器技术的快速发展而出现的一个新的研究领域， 研究结果涉及材料学、 地质学、地质年代学、核废料处理学等学科。简要介绍最近几年国内外在高能重离子辐照高压条件下材料研究领域的研究现状及已取得的结果，并对未来在兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL CSR）上开展相关研究工作的前景作了展望。With development of high energy heavy ion accelerator， it is possible to perform heavy ion irradiation experiments of pressurized materials in diamond anvil cells(DACs). It is a new research field. The results expected from irradiation experiments under high pressure will have impacts on several scientific fields such as materials science，geo science，geochronology，and nuclear waste storage. In this paper， some of recent works in this field are presented and reviewed. Furthermore，the research plan of materials under high pressure based on HIRFL-CSR is introduced.     

激光全息技术的应用及发展趋势的研究

举例介绍了激光全息技术在几个学科和产业领域的应用现状,分析了几个应用实例中的突出优点和存在的问题,讨论了几个学科领域激光全息技术的发展趋势。结论表明:随着激光全息技术不断与其它学科技术,尤其是其它学科最新技术的交叉和综合运用,激光全息技术的应用前景是很大的。目的是明确激光全息技术的发展方向,不断推动激光全息技术的发展和应用。     

大功率半导体激光合束进展

经过近30年的发展,半导体激光器已由信息器件逐步发展成为能量器件,特别是大功率高光束质量半导体激光器,已从泵浦光源过渡成为直接作用光源,并部分应用在加工及国防领域。本文介绍了大功率半导体激光单元发展现状,分析讨论了各种激光合束技术及相应的合束光源,介绍了长春光机所在激光合束方面所做的部分工作,提出了我国半导体激光产业建设及发展的几点建议,并对半导体激光技术的发展新动向进行了展望。随着单元亮度的提升和合束技术的成熟,大功率半导体激光源作为间接光源和直接作用光源将在国防和工业领域大放异彩。     

新型热释电多功能能量卡计测量系统

简要介绍了新型热释电多功能能量卡计测量系统的结构、工作原理和系统的特点。给出了用该系统监测强激光打靶时的能量平衡率、能量吸收系数及受激拉曼散射(SRS)角分布测量的部分实验结果。尤其是测得的1060nm强激光打靶后产生的SRS光在0°～15°区域内的实验点和角分布情况在国内外尚属首批数据。     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

高功率光子晶体光纤激光器实验研究

 从光纤热传导方程出发，研究了不同泵浦光吸收系数对光纤激光器沿光纤长度方向温度分布的影响。结果表明，低吸收系数光纤泵浦端温度相对较低，分布较为平缓，有效减缓光纤的热损伤。根据理论分析结果，实验中选择了吸收系数为1.45 dB/m的掺Yb³⁺双包层光子晶体光纤作为增益介质，在泵浦光功率为560 W时,获得了428.5 W的高功率单模连续输出，斜率效率为76.5%，光束质量因子M²<1.2。由于泵浦端光纤温度较高，实验中对光纤两端进行了主动冷却，并且在离光纤端面约25 cm处的光纤表面温度进行实时测量，结果发现随着泵浦光功率的增加，光纤表面温度均匀增长，最高温度为310 K，温度正常。     

高精度消色差相位延迟器的新设计

消色差相位延迟器是在某一宽度光谱范围内使用的光相位延迟器件。从相位延迟的全反射相变理论出发,对斜入射消色差相位延迟原理进行阐述,参考菲涅耳棱镜的具体设计形式,对引起相位延迟变化的参量进行分析,通过选择合适的材料新设计出了特殊角度入射的高精度相位延迟器,其理论曲线显示,在365~1150nm的光谱区域内延迟偏差小于0.4°,是常规相位延迟器在相同条件下的五分之一,是一种宽广谱范围内、负延迟偏差小、精度高的消色差相位延迟器。