激光产生等离子体中密度轮廓的变陡和凹陷现象的研究

用可见光探针的干涉诊断方法,研究了功率密度为10¹⁴W/cm²数量级的钕玻璃激光辐照固体靶产生的等离子体冕区的电子密度分布轮廓。得到了密度轮廓变陡、密度凹陷等激光与等离子体相互作用的信息。研究了激光辐照不同结构的靶形成密度凹陷的不同特点。 关键词：     

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     

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.     

靶的厚度对激光产生的x射线输运到靶后能谱的影响

利用一维辐射流体动力学程序MULTI数值模拟研究了功率为10¹⁴W/cm²、脉冲宽度为1ns、波长为0.35μm的短脉冲强激光辐照不同厚度的平面Au靶时，靶厚度对靶背面x射线能谱结构和辐射强度的影响. 关键词： 激光等离子体 辐射流体力学 x射线转换     

激光烧蚀Al靶产生的等离子体中辐射粒子的速度及激波

在低真空条件下(5Pa),通过测量脉冲激光烧蚀平面Al靶产生的等离子体辐射谱的时间分辨特征,得到辐射粒子速度的空间分布.在激光脉冲宽度为10ns,烧蚀斑直径为200μm,靶面上功率密度分别为1.91×10¹⁰,5.10×10¹⁰和7.64×10¹⁰W/cm²时,测得辐射粒子Al的速度均在10⁶cm/s量级,且随着靶面径向距离的增大而近似呈指数衰减.在距靶面的相同距离处,激光功率密度的增大反而使速度减小.利用激波模型(shockwave model)较好地解释了实验结果,并得出激波的波面基本为柱对称 关键词： 激光等离子体 平面Al靶 粒子速度分布 激波     

激光加热Cu和NaF靶产生的1.2keV区X射线转换效率的测量

介绍了激光加热Cu靶和NaF靶发射的在1.2keV区X射线转换效率的测量方法和实验结果。结果表明,在激光辐照功率密度为1×10¹³—1×10¹⁴W·cm^-2条件下,激光波长为1.06μm或0.53μm时,Cu等离子体发射的1.2KeV区X射线的转换率为NaF等离子体的4—5倍;对此两种等离子体,激光波长为0.53μm的X射线转换效率是波长为1.06μm的2倍左右。 关键词：     

三倍频激光等离子体X射线转换研究

利用“星光Ⅱ”高功率激光装置三倍频激光（波长０.３５μｍ,能量５—９０Ｊ,焦斑直径约２００μｍ,脉冲宽度４００—８００ｐｓ）辐照多种材料（Ｃ,Ａｌ,Ｃｕ,Ａｕ）靶,对于不同激光功率密度,研究软Ｘ射线转换和发射能谱．结合０.３５μｍ激光辐照Ａｌ靶的质量烧蚀率和等离子体喷射速度与激光功率密度的定标关系进行数值模拟,对于激光功率在１０^１３—１０^１５Ｗ／ｃｍ²理论模拟结果与实验结果符合得很好 关键词：     

等离子体密度对激光拉曼放大机理的影响

等离子体中的背向拉曼散射机理可以用来产生超短超强的激光脉冲. 本文采用粒子模拟方法模拟研究了等离子体密度对激光拉曼放大过程的影响. 研究发现, 过低的等离子体密度会导致等离子体波提前波破而降低能量转换效率; 而过高的等离子体密度又会导致其他不稳定性的快速增长, 限制作用距离和输出能量. 因此, 拉曼放大机理的最佳等离子体密度应处于等离子体波破的密度阈值附近, 可以获得最高的能量转换效率和能量输出. 另外, 空间频谱分析显示放大激光的强度饱和主要来自于自相位调制不稳定性的发展. 利用10¹³ W·cm^-2的抽运激光脉冲, 模拟证实拉曼放大机理可有效地将种子激光的强度从10¹³ W·cm^-2 放大到10¹⁷ W·cm^-2, 脉宽压缩到40 fs, 且能量转换效率达到58%.     

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     

冲击波在铝靶中传播的数值模拟研究

利用一维辐射流体力学数值模拟程序对激光驱动的冲击波在平面铝靶中传播的实验结果进行了模拟研究.分析了空间单元层的厚度对模拟结果的影响,给出了最佳单元层厚度.通过将数值模拟与实验结果相比较给出了实验中两种激光光强的实际的吸收系数.结果显示,波长为1.053μm,强度分别为0.81×10¹⁴和1.65×10¹⁴W/cm²的激光驱动的冲击波在铝靶中传播速度分别为16.52,18.56μm/ns,冲击波的峰值压力分别为0.386和0.537TPa,这些模拟结果与实验结果是一致的 关键词： 冲击波 辐射流体力学 激光等离子体     

脉冲激光烧蚀材料等离子体反冲压力物理模型研究与应用

分析了脉冲激光烧蚀材料等离子体等温膨胀阶段的物理特性,建立了脉冲激光烧蚀材料等离子体压力三维方程与动力学模型.应用所建模型,数值分析了单脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮等离子体相关特性,得到等离子体的反冲压力最大值870 Pa出现在约25 ns后,距离砂轮表面距离约0.05 mm处.相关条件下开展脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮试验,采用高速相机观测烧蚀砂轮过程中的飞溅现象;采用光栅光谱仪测量等离子体空间发射光谱,计算了等离子体电子温度、电子密度以及反冲压力.实验表明脉冲激光烧蚀青铜金刚石砂轮等离子体反冲压力可以不计,同时也验证了气体方程与动力学模型的正确性和可行性,对脉冲光纤激光烧蚀工艺优化具有启示意义.     

Cold-cathode, glow-discharge, electron-beam gun pumped short pulse CO2 lasers

A pulsed cold-cathode glow-discharge electron beam gun emitting an electron-beam of 150 keV energy and 45 cm² cross-sectional area has been used to pump a short pulse CO₂ laser. A fast discharge capacitor bank was used to help make the design simpler than that employed in liquid coaxial lines. The system developed is capable of producing a CO₂ laser pulse of 1 J for about 200 ns duration.     

超短超强激光脉冲辐照超薄碳膜电离状态研究

为了进一步理解极端条件下物质的电离特性, 特别是超短超强激光脉冲辐照超薄靶时等离子体的形成与分布, 本文以超薄碳膜为例, 细致研究了超短超强激光脉冲辐照下原子的离化过程. 分析和比较了强激光场直接作用电离和靶内静电场电离等两种场致电离形式, 在碰撞电离可以忽略的情况下, 发现更多的电离份额是来自靶内静电场的电离方式. 研究了激光脉冲强度对电离的影响, 发现激光脉冲强度越强, 电离速度越快, 产生的高价态离子所占比例也越高.当激光强度为1×10²⁰ W/cm²时, 尽管该强度高于电离生成C⁺⁶所需要的激光强度阈值, 但该激光脉冲并不能将整个靶电离成C⁺⁶离子, 对此本文进行了详细的分析. 在研究激光脉冲宽度的影响时, 发现激光脉宽越小, 电离速度越快, 但越小的激光脉冲电离获得的高价态离子越少.     

氢负离子在少周期激光场中解离时的干涉效应

本文利用强场近似理论研究了氢负离子在少周期激光场中的解离过程. 在计算中采用了数值积分和鞍点近似两种计算方法并得到了一致的结果. 更为重要的是, 利用鞍点法对激光脉冲中不同时刻解离产生的电子波包之间的干涉效应进行了研究, 发现光电子动量谱的主要结构是电子波包间的周期间干涉和周期内干涉共同作用的结果, 并分析了周期内和周期间干涉效应对光电子能量谱的影响. 最后, 讨论了激光脉宽对周期内和周期间干涉效应的影响. 本文的工作对进一步了解负离子光解离过程中的量子干涉效应和利用光场对其进行调控方面的研究具有意义.     

Further Acceleration of MeV Electrons by a Relativistic Laser Pulse

With the development of photocathode rf electron gun, electrons with high-brightness and mono-energy can be obtained easily. By numerically solving the relativistic equations of motion of an electron generated from this facility in laser fields modelled by a circular polarized Gaussian laser pulse, we find the electron can obtain high energy gain from the laser pulse. The corresponding acceleration distance for this electron driven by the ascending part of the laser pulse is much longer than the Rayleigh length, and the light amplitude experienced on the electron is very weak when the laser pulse overtakes the electron. The electron is accelerated effectively and the deceleration can be neglected. For intensities around 10¹⁹ W•μm²/cm², an electron's energy gain near 0.1 GeV can be realized when its initial energy is 4.5 MeV, and the final velocity of the energetic electron is parallel with the propagation axis. The energy gain can be up to 1 GeV if the intensity is about 10²¹ W•μm²/cm². The final energy gain of the electron as a function of its initial conditions and the parameters of the laser beam has also been discussed.     

超强激光与固体气体复合靶作用产生高能氦离子

激光氦离子源产生的MeV能量的氦离子因有望用于聚变反应堆材料辐照损伤的模拟研究而得到关注.目前激光驱动氦离子源的主要方案是采用相对论激光与氦气射流作用加速高能氦离子,但这种方案在实验上难以产生具有前向性和准单能性、数MeV能量、高产额的氦离子束,而这些氦离子束特性是材料辐照损伤研究中十分关注的.不同于上述激光氦离子产生方法,我们提出了一种利用超强激光与固体-气体复合靶作用产生氦离子的新方法.利用这种方法,在实验上,采用功率密度5×10~(18)W/cm~2的皮秒脉宽的激光脉冲与铜-氦气复合靶作用,产生了前向发射的2.7 MeV的准单能氦离子束,能量超过0.5 MeV的氦离子产额约为10~(13)/sr.二维粒子模拟显示,氦离子在靶背鞘场加速和类无碰撞冲击波加速两种加速机理共同作用下得到加速.同时粒子模拟还显示氦离子截止能量与超热电子温度成正比.     

毛细管放电类氖氩69.8nm激光增益特性研究

建立了计算69.8nm激光增益系数的理论模型,根据实验参数,计算了在主脉冲电流为12 kA时,69.8nm激光增益系数最大值为0.32 cm~(-1).理论模拟了不同初始气压下增益系数在毛细管径向上的分布情况.对理论结果的分析表明,最佳的初始气压在12—14 Pa范围内,此时69.8nm激光增益系数的极值最大.实验上,利用毛细管放电装置和罗兰光谱仪,测量了不同气压下的69.8nm激光强度,实验确定的最佳气压为16 Pa,与理论结果相近.此外,实验测量的增益系数(0.4 cm~(-1))略高于理论计算的增益系数(0.32 cm~(-1)).     

Control of gigawatt REB pulse duration using gas injection

A technique for controlling the voltage and current pulse duration of a gigawatt relativistic electron beam (REB) was investigated. The pulse duration of a beam of 250 keV and 10 kA was controlled from 60 ns to 10 ns by injecting gases (air,, argon, and hydrogen) into the diode gap at a pressure ranging from 10^-5 torr to 10^-1. The observed dependence of the pulse duration on the nature and pressure of the gas is explained in terms of volume ionization of the gas by beam electrons. It is concluded that the pulse duration is governed by the time at which the plasma density created by the beam reaches a critical value of the order of beam electron number density     

超短脉冲激光烧蚀石墨产生的喷射物的时间分辨发射光谱研究

本文使用不同激光能流(18 J/cm²–115 J/cm²)和脉冲宽度(50 fs–4 ps)的超短脉冲激光在真空中(4×10^-4 Pa)烧蚀高定向热解石墨. 通过测量烧蚀喷射物的时间分辨发射光谱研究喷射物的超快时间演化. 在喷射物发射光谱中, 观察到了C₂基团的天鹅带光谱系统, 416 nm附近C₁₅基团的由电子能级¹Σ_u⁺ 和¹Σ_g⁺之间的振动跃迁产生的光谱峰以及连续谱. 50 fs, 115 J/cm²的脉冲激光烧蚀产生的喷射物的连续谱的强度衰减分为快速下降和慢速下降两个阶段(以20 ns时间延迟为分界). 这表明连续谱是由两种不同的组分贡献的. 快速下降阶段, 连续谱主要由碳等离子体通过韧致辐射产生; 慢速下降阶段, 连续谱主要由烧蚀后期产生的大颗粒碳簇的热辐射贡献. 实验结果还揭示了激光能流的提高, 会明显增加喷射物中碳等离子体和激发态C₂的含量, 但对质量稍大的C₁₅的影响较小; 此外, 50 fs脉冲激光烧蚀产生的连续谱的存在时间会随着激光能流的减小而增大, 这说明低能流更有利于在烧蚀后期产生碳簇. 脉宽主要影响喷射物连续谱的时间演化. 4 ps脉冲激光烧蚀产生的连续谱的整个时间演化过程明显慢于50 fs脉冲产生的连续谱.     

激光与近相对论临界密度薄层相互作用产生大电量高能电子束

研究了激光与近相对论临界密度等离子体薄层相互作用时所产生的高能电子束的主要特征,包括平均有效温度以及截止能量等.实验结果表明,电子束的电量超过nC量级,平均有效温度可达8 MeV以上.PIC数值模拟证明,近相对论临界密度等离子体内,相对论自透明效应和激光钻孔效应共同形成一条磁化等离子体通道,电子与激光将在角向磁场的协助下发生Betatron共振.激光可将电子直接加速到很高能量,因此电子束平均有效温度("斜坡温度")远远超过Wilks定标率预计的平均温度.该研究为产生高亮度X射线源提供了一种新的可能途径.