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。     

“神光”Ⅱ黑腔物理分解实验

本项目主要关注金腔靶内辐射烧蚀等离子体运动对辐射场特性及其诊断产生的影响和抑制方法。黑腔诊断口附近金等离子体喷射容易造成堵口现象，对X光发射能谱特性和角分布测量产生不利影响。腔内金等离子体向心运动还会使入射激光光路偏折，从而改变着靶点位置和能量沉积区域，影响腔内辐射场分布。为便于实验诊断分析，采用半腔靶和静态充气腔靶两种分解靶型进行研究，分别对应以下研究内容：了解金腔靶诊断口附近等离子体喷射对X光诊断的影响和抑制方法；利用填充气体抑制腔壁金等离子体喷射，证实静态充气黑腔靶实验的技术可行性。     

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     

双盘靶X光辐射光谱时空特性

在“星光－Ⅱ”激光装置上，利用三倍频激光辐照金双盘靶，研究Ｘ光辐射光谱时空特性。将４针孔透射光栅阵列和皮秒分幅相机结合，实现了Ｘ光辐射时间、空间、能谱三维联合测量，得到了双盘靶初级和次级辐射光谱结构，观测到Ｘ光辐射弛豫过程，并得到Ｎ带Ｏ带和零级光谱强度随时间和空间的变化特征、等离子体喷射二维空间分布、等离子体膨胀速率等重要结果。     

真空中脉冲激光烧蚀铝等离子体发射光谱及粒子速度研究

利用Q开关Nd:YAG激光器产生的1.06 μm倍频后532 nm、脉宽10 ns的脉冲激光聚焦在置于真空室中铝靶上,观测激光诱导的铝等离子体发射光谱.采用不同的激光能量,分析了波长范围为350 nm到400 nm的空间、时间分辨发射光谱.在局部热力学平衡(LTE)条件近似下,根据谱线的相对强度,计算得到等离子体电子温度,给出了靶面附近电子温度的空间、时间演化规律;根据谱线半宽,计算等离子体电子密度,并给出了靶面附近电子密度的空间与时间演化规律;在靶面正前方处放置动能探测器,记录粒子飞行时间信号,观测不同激光强度烧蚀铝靶产生等离子体中三种粒子到达探测器的时间,计算得出等离子体中三种观测到的粒子喷射速度.     

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介绍了在神光Ⅱ装置上开展的长脉冲2ns三倍频激光与黑腔靶相互作用的实验。报道了采用PIN探测器阵列测量大角度受激Raman散射（SRS）角分布和采用激光卡计对背向SRS光能量积分测量的实验结果。相同实验条件下激光辐照缝靶产生的SRS光能量要强于激光与全腔靶作用产生的SRS光，小腔靶的SRS光能量要强于标准腔靶。对比长脉冲2ns及短脉冲1ns激光打靶实验结果可以看出：由于激光功率密度的下降，长脉冲激光打靶时SRS散射光能量要弱于短脉冲激光打靶。长脉冲2ns激光与标准腔靶相互作用时，等离子体堵腔比较严重。     

激光直接加热自背光法辐射不透明度测量方法探索

本文提出一种基于单束激光直接加热多层平面靶开展 稠密等离子体辐射不透明度特性研究的靶物理设计并对其进行了实验验证. 在XG-II激光装置上, 采用三倍频束匀滑激光辐照Au/CH/Al/CH多层平面靶产生背光源和Al样品等离子体, 通过观测背光源经样品等离子体衰减后的透过谱得到样品等离子体的辐射吸收性质. 采用Multi-1D程序对激光加热多层靶进行了辐射流体力学数值模拟, 给出了样品等离子体状态及其时间演化过程. 利用细致谱项模型 (DTA) 对实验测量的Al等离子体吸收谱进行理论分析, 表明等离子体温度在20–70 eV之间, 该结果与辐射流体力学模拟结果基本一致. 关键词： 吸收光谱 自背光 激光等离子体     

高强度二倍频激光辐照银薄膜靶的烧蚀和X光辐射实验研究

激光聚变物理实验中,背光透视照相是靶丸内爆动力学过程观测的重要方法. Ag是一种重要的背光材料, 激光辐照产生的等离子体可以产生强L线辐射, 研究其烧蚀和辐射特性, 对提高内爆靶丸背光透视照相的图像质量具有十分重要的意义.在神光II装置上, 采用第九路输出的2 ns, ～ 5× 10¹⁴ W/cm², 526.5 nm激光均匀辐照Ag薄膜靶, 实验研究了其烧蚀特性, 获得了银薄膜靶在激光烧蚀驱动下的飞行轨迹和飞行速度的数据. 实验结果与一维辐射流体力学模拟结果相符. 火箭模型对实验数据进行拟合, 得到了Ag材料的质量烧蚀速率和烧蚀压的数据. 采用平面晶体谱仪和X射线二极管探测器阵列观测等离子体的辐射特性, 获得了Ag等离子体辐射光谱和L线转换效率, 实验结果对激光聚变内爆靶丸背光照相的实验设计具有重要的参考价值.     

腔靶X光空间特性研究

本文介绍了腔靶X光空间成像原理和方法。在国内,首次将MCP(微通道板)光电成像器件应用于激光聚变实验,将X射线测量能区扩展到亚千电子伏范围。实验中利用各种黑体腔靶,通过测量腔靶X光空间发射图象,得到了腔靶激光注入孔和腔内都存在着等离子体会聚机制,以及腔内X光发射以腔壁为主等重要信息,观察到腔靶X光输运通道存在着“堵口”现象,对测量结果进行了物理解释。     

非同轴双束激光产生的等离子体辐射

采用非同轴双束激光，可得到时空差可控的二束不同性质的等离子体，实现在绝对同等条件下研究多束等离子体辐射的空间非均匀性和等离子体喷射对线加宽的影响。实验结果显示出在最简单的实验装置上实现等离子体强Ｘ射线泵浦Ｘ射线激光方案的可能性。     

靶结构对激光等离子体动量耦合系数的影响

强激光与靶相互作用产生的等离子体可以作为一种新型的推进源.就强激光与靶相互作用过程中，靶结构对激光等离子体动量耦合系数的影响进行了研究.结果表明，相对于无约束的平面靶，坑靶将动量耦合系数提高了5倍，而约束的平面靶将动量耦合系数提高了10倍以上.分析发现，对等离子体的有效约束是提高动量耦合系数的主要原因. 关键词： 激光等离子体 推进 动量耦合系数     

等离子体合成射流能量效率及工作特性研究

基于等离子体激励器工作过程中气体放电的焦耳加热作用, 并结合局部热力学平衡等离子体物理假设, 开展了等离子体合成射流三维唯象数值研究, 获得了完整工作周期内等离子体合成射流流场发展演变过程. 研究结果表明, 单次能量沉积建立的自维持周期性射流中存在有实现激励器腔体"充分" 回填的最大脉冲工作频率––饱和频率. 大的能量沉积、小的激励器出口直径和相同腔体体积下大的径高比都可以产生速度更高的射流, 而射流速度的提高会伴随有饱和频率的降低. 一个饱和周期内, 最多约有16%的初始腔内气体喷出, 吸气复原仅能实现初始腔体质量90%左右的回填.一个大气压条件下, 容性电源供能的等离子体合成射流激励器电能向气体热能和射流动能的转化效率分别约为5%和1.6%. 关键词： 等离子体激励器 合成射流 能量效率 饱和频率     

两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究

采用放电测量和高速阴影技术对两电极等离子体合成射流激励器工作特性进行了系统实验研究.实验表明:激励器工作击穿电压和放电峰值电流随激励器所处环境压强的降低和放电频率的增大而减小,激励器腔体内的放电过程为火花电弧放电.典型的等离子体合成射流流场包含有一道前驱激波和一股呈蘑菇状的高速射流.在整个射流发展过程中,前驱激波以当地声速恒速传播,不随激励器条件的改变而变化,波的强度则随着激励器出口直径的减小、腔体体积的增大、环境压强的降低和放电频率的升高而减小.激励器腔体体积和放电频率的增加会降低腔内气体的加热效果,并减小射流速度.激励器出口直径和环境压强对射流速度的影响按规律变化且存在最佳值.本文实各验条件下激励器都产生了明显的前驱激波和高速射流,具有实现高速流场主动流动控制的应用潜能.     

脉冲激光制备类金刚石薄膜及原位激光等离子体发射光谱

用ＹＡＧ脉冲激光轰击真空室内的石墨靶,可以形成包含碳素的激光等离子体,并在硅或石英衬氏上淀积形成某种类型的碳膜。用光学多道分析仪原位测量了激光等离子体的发射光谱,给出反应空间可能存在的反应基团有碳原子、碳离子、碳分子等,用拉曼光谱研究了薄膜的结构,证明所形成的薄膜为类金刚石膜,并得出碳原子和碳离子与薄膜的类金刚石结构有关。制备过程中,氢的参与有利于薄膜中金刚石成分的形成。空间分辨的原位激光等离子体发射光谱表明,在反应空间存在薄膜形成的最佳位置。     

On the interaction of femtosecond laser pulses with cluster targets

The heating of clusters by femtosecond laser pulses is studied theoretically and experimentally. Both the formation of a cluster target and the results of experimental studies of the cluster plasma by the methods of X-ray emission spectroscopy are considered. A numerical model of cluster formation in a supersonic gas jet is proposed. It is shown that detailed studies of two-phase gas-dynamic processes in a nozzle forming the jet give the spatial distributions of all parameters required for the correct calculation of the cluster heating by short laser pulses. Calculations of nozzles of different configurations show that in a number of cases an almost homogeneous cluster target can be formed, whereas in other cases the distributions of parameters prove to be not only inhomogeneous but also even nonmonotonic. A simple physical model of the plasma production by a femtosecond laser pulse and a picosecond prepulse is proposed. It is shown that a comparison of X-ray spectra with detailed calculations of the ion kinetics makes it possible to determine the main parameters of the plasma being produced.     

准分子激光蒸发YBa2Cu,sub>3C7-x靶产生等离子体的膨胀过程研究

对XeCl准分子激光蒸发YBa2Cu3O7-x陶瓷靶产生的等离子体进行了实验和理论研究.利用发射光谱,分辨出等离子体内的各种粒子.并对各种粒子进行了飞行时间谱测量.在实验的基础上,建立了一个等离子体的膨胀模型.计算结果与实验符合较好.     

Theoretical analysis and numerical simulation of the impulse delivering from laser-produced plasma to solid target

A plasma is produced in air by using a high-intensity Q-switch Nd：YAG pulsed laser to irradiate a solid target, and the impulses delivering from the plasma to the target are measured at different laser power densities. Analysing the formation process of laser plasma and the laser supported detonation wave （LSDW） and using fluid mechanics theory and Pirri＇s methods, an approximately theoretical solution of the impulse delivering from the plasma to the target under our experimental condition is found. Furthermore, according to the formation time of plasma and the variation of pressure in plasma in a non-equilibrium state, a physical model of the interaction between the pulse laser and the solid target is developed. The plasma evolutions with time during and after the laser pulse irradiating the target are simulated numerically by using a three-dimensional difference scheme. And the numerical solutions of the impulse delivering from the plasma to the target are obtained. A comparison among the theoretical, numerical and experimental results and their analyses are performed. The experimental results are explained reasonably. The consistency between numerical results and experimental results implies that the numerical calculation model used in this paper can well describe the mechanical action of the laser on the target.     

Studies on the Plasma Shielding of 1.06μm Laser on the Aluminum Target

ＳｔｕｄｉｅｓｏｎｔｈｅＰｌａｓｍａＳｈｉｅｌｄｉｎｇｏｆ１．０６μｍＬａｓｅｒｏｎｔｈｅＡｌｕｍｉｎｕｍＴａｒｇｅｔＬＵＪｉａｎ；ＮＩＸｉａｏｗｕ；ＨＥＡｎｚｈｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，ＮａｎｊｉｎｇｏｆＳｃｉｅｎｃ...     

准分子激光蒸发YBa_2Cu_3C(7-x)靶产生等离子体的膨胀过程研究

对XeCl准分子激光蒸发YBa_2Cu_3O_(7-x)陶瓷靶产生的等离子体进行了实验和理论研究.利用发射光谱,分辨出等离子体内的各种粒子.并对各种粒子进行了飞行时间谱测量.在实验的基础上,建立了一个等离子体的膨胀模型.计算结果与实验符合较好.     

半导体泵浦射流型亚稳态氩激光国际首次出光北大核心CSCD

半导体泵浦亚稳态惰性原子激光是高能光泵浦气体激光领域具有潜力的新方案。已有报道均在约束的放电空间内产生亚稳态原子,功率放大受到多因素制约。为突破现有方案的局限,采用大气压等离子体射流方式在羽流区域产生高浓度亚稳态氩原子(1014 cm^(−3)量级),将放电和激光区域空间分离,利用811 nm窄线宽半导体激光器作为泵浦源,基于泵浦、激光和气流相互垂直的结构实现912 nm激光输出,有效拓展了该型激光体系的功率定标放大能力。