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。     

超短超强激光与薄膜靶相互作用中不同价态碳离子的来源

研究了超短超强激光与不同厚度薄膜Al靶相互作用中靶背法线方向碳离子的最初来源. 通过对比分析碰撞电离率和场致电离率所起的作用, 发现C⁴⁺ 及更低价态的碳离子主要由场致电离产生, 而高价态的C⁵⁺和C⁶⁺ 离子主要来自于超热电子与靶表面的碰撞电离. 关键词： 超短超强激光与等离子体相互作用 离子加速 场致电离 碰撞电离     

超强激光场物理学

首先,评述了超强激光场的理论结果;其次,描述了超短光脉冲在密的气体和光学介质传播中的自作用;第三,评述了强场离化无碰撞等离子体中高度离化的离子产生,及高功率超短激光脉冲巨大强度的电场可用于电子加速;第四,分析了超短声脉冲和无线电脉冲的产生和应用,讨论了在不同条件下,激光辐射谐波和 Ｘ 射线激光的产生,进一步评述了超强激光脉冲与凝聚靶相互作用可以产生接近星体物质参数的高温、超密、强磁场和巨大压力等离子体;最后,简要叙述了激光激发核、核反应,高能电子─光子相互作用的可能效应及可能进行的实验。     

超强激光场物理学

首先,评述了超强激光场的理论结果;其次,描述了超短光脉冲在密的气体和光学介质传播中的自作用;第三,评述了强场离化无碰撞等离子体中高度离化的离子产生,及高功率超短激光脉冲巨大强度的电场可用于电子加速;第四,分析了超短声脉冲和无线电脉冲的产生和应用,讨论了在不同条件下,激光辐射谐波和 Ｘ 射线激光的产生,进一步评述了超强激光脉冲与凝聚靶相互作用可以产生接近星体物质参数的高温、超密、强磁场和巨大压力等离子体;最后,简要叙述了激光激发核、核反应,高能电子─光子相互作用的可能效应及可能进行的实验。     

超短脉冲强激光与等离子体的非线性相互作用

超短脉冲强光与等离子体相互作用是近年来令人注目的一个前沿领域。介绍了其中的超短脉冲强激光与非稠密等离子体作用中的激光尾波场与尾波场加速器、光脉冲频率上转换与脉宽正缩、相对论光导等重要研究课题。还介绍了超短脉冲强激光与固体靶作用听吸收机制，短标尺长等离子体产生、能量输运等有关问题的研究。     

对超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用动力学过程的研究

结合Saha方程,建立了一个超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用的动力学过程中电子温度和电子密度随时间变化的简单模型.在降温过程中采用绝热膨胀模型,讨论了等离子体在绝热膨胀过程中的特殊性质,考虑了离子声速随温度的变化,推算了状态演化过程,得到了电离度随时间变化的演化规律. 关键词： 超短超强脉冲激光 固体密度等离子体 电离度     

紧聚焦飞秒脉冲与石英玻璃相互作用过程中的电子动量弛豫时间研究

本文通过数值模拟(3+1)维扩展的广义非线性薛定谔方程,研究了紧聚焦飞秒激光脉冲在诱导石英玻璃的非线性电离过程中电子动量弛豫时间对于该电离过程的影响.计算结果证明电子动量弛豫时间会直接影响入射脉冲在焦点区域所形成的峰值场强、自由电子态密度和能流等参量的分布态势,因此在与实验结果相比较后发现适合于相互作用过程的电子动量弛豫时间的理论值约为1.27 fs.进一步的研究表明,电子动量弛豫时间与逆韧致吸收效应、雪崩电离的概率、等离子体密度、等离子体的自散焦效果以及间接引起的焦平面位置的移动都有着密切的联系.当前的研究结果表明电子动量弛豫时间在飞秒激光脉冲与物质相互作用的过程中发挥着重要作用.     

强激光与高密度气体相互作用中电子和离子加速的数值模拟

在现有的一维粒子模拟程序的基础上发展了带光电离和碰撞电离及蒙特卡罗两体碰撞的模拟程序(1D PIC-MCC). 用此程序模拟研究了短脉冲激光与He气靶相互作用时电子和离子的加速过程. 研究表明当强激光与过临界密度的微米厚度的平面靶相互作用时，靶前表面物质将被激光脉冲前沿迅速离化；新生的电子被激光场有质动力加速成为高能电子，这些电子穿入到靶内，通过电子碰撞电离离化靶内物质；一部分高能电子穿透靶后，会在靶的后表面形成强的电荷分离场，该场迅速离化靶后表面物质，同时使得后表面离子得到加速. 部分穿透靶的超热电子将被电荷分离场重新拉回靶内，在靶的前后表面振荡. 一些振荡电子在此过程中得到电荷分离场加速，离开前表面，在前表面也形成电荷分离场，使前表面离子得到加速. 关键词： 激光等离子体 光电离和碰撞电离 电子加速 离子加速     

真空中紫外辐射冲量与铝表面作用的模拟

为研究激光脉冲与真空中被照射的铝靶的耦合作用，进行了理论分析和数值计算，所给的结果是依据包括热传导、气化和等离子体燃烧在内的数学模型得到的。指出了对汽化过程的正确描述和重要性。同时发现双光子电离可导致初始电子数密度和其温度的增加。这一效应，从长远来看会导致激发态原子密度和电子产生速率的增加，但这是以降低光电离的产生为代价的。计算所得冲量耦合和等离子体阈值数据与实验结果吻合的较好。     

稀薄等离子体中逆轫致吸收的非线性强光效应

用相对论力学讨论了在强激光场中的电子运动以及与离子散射的截面.并由此研究了稀薄等离子体中的逆轫致吸收系数与激光强度的关系.发现由于非线性的相对论效应的影响,在激光强度较大时,轫致吸收系数将偏离与激光电场强度的立方反比关系. 关键词：     

激光脉冲在气体中产生的离化波前的演化及其对光脉冲传播的影响

利用带离化子程序的一维粒子模拟程序，对光脉冲与离化波前的相互作用进行了模拟研究，讨论了在原子多度电离的情况下光脉冲与离化波前的相互作用关系.研究表明，由于原子各级离化势的不连续性使得离化波前在空间上出现平台区；离化过程导致激光频率发生蓝移，这个蓝移又对脉冲形状产生调制，使脉冲前沿呈阶跃型增长；阶跃型的光脉冲包络使离化波前的平台区变短，直至整个离化波前分为几个不同梯度的区域.还讨论了不同元素和不同密度的气体中产生的离化波前的特点.同时分析了光脉冲频率随传播距离的关系，指出由于光脉冲宽度的增加，将导致出射的光 关键词： 激光等离子体 光电离 离化波前 激光频率上转换     

少周期激光脉冲与气体作用产生的离化电流和THz波辐射

本文通过理论和数值模拟,研究少周期激光脉冲电离气体原子产生的离化电流 以及相应的THz波辐射.研究表明,少周期激光脉冲离化气体后能产生较大的离化电流, 因而可以产生较强的THz辐射.不同的少周期激光脉冲相位导致电离出的 电子初始速度和电离起始时刻不同,从而产生的离化电流有所不同, 辐射的THz波随激光脉冲的相位成周期性变化.该理论得到一维PIC数值模拟的验证. 对于给定的激光脉冲相位,离化电流和THz辐射振幅并没有随入射激光振幅的增加而单调增加, 而是存在一些极值点.与均匀分布气体相比,当气体分布具有一定梯度时, 辐射表现相似的规律,但频谱会发生一定的变化.     

Nonsequential double ionization of diatomic molecules by elliptically polarized laser pulses

Using the classical ensemble method, we investigate nonsequential double ionization （NSDI） of diatomic molecules by elliptically polarized laser pulses. The results show that the ellipticity of the laser field has a strong suppression effect on NSDI probabilities both in parallel and perpendicular alignments. The double ionization （DI） channel is commonly dominated by NSDI, and the NSDI channel changes with ellipticity. As ellipticity increases, more and more NSDIs occur through recollision excitation with subsequent field ionization （RESI）. Moreover, like the case of linear polarization, the two electrons involved in NSDI for perpendicularly aligned molecules are more likely to emit into the opposite hemispheres as compared to the case of parallel alignment. Additionally, this alignment effect increases as ellipticity increases.     

基于光场离化电流机制产生强太赫兹辐射的参数优化研究

基于超短激光脉冲与气体作用通过光场离化电流产生太赫兹(THz)辐射的模型, 研究了用双色激光脉冲的方法产生强THz辐射的优化参数条件. 数值计算表明, 导致THz辐射产生的离化电流主要是由一阶电离过程产生的, 高阶离化对该电流产生的贡献很小. 通过调节基频光与倍频光的配比、相位差都能增大离化电流, 从而可以提高THz辐射振幅. 将激光波长拓展到中红外波段, 也有利于提高离化电流. 此外,改变作用气体的种类也能改变离化电流. 在激光和密度参数相等的情况下, 在氦气中可以产生高于氮气中2倍左右的离化电流.     

Extracting the phase distribution of the electron wave packet ionized by an elliptically polarized laser pulse

We use an interferometic scheme to extract the phase distribution of the electron wave packet from above-threshold ionization in elliptically polarized laser fields. In this scheme, an electron wave packet released from a circularly polarized laser pulse acts as a reference wave and interferes with the electron wave packet ionized by a time-delayed counter-rotating elliptically polarized laser field. The generated vortex-shaped interference pattern in the photoelectron momentum distribution enables us to extract the phase distribution of the electron wave packet in the elliptically polarized laser pulse with high precision. By artificially screening the ionic potential at different ranges when solving the time-dependent Schördinger equation, we find that the angle-dependent phase distribution of the electron wave packet in the elliptically polarized laser field shows an obvious angular shift as compared to the strong-field approximation, whose value is the same as the attoclock shift. We also show that the amplitude of the angle-dependent phase distribution is sensitive to the ellipticity of the laser pulse, providing an alternative way to precisely calibrate the laser ellipticity in the attoclock measurement.     

Pulse polarization splitting in a transient wave plate

We demonstrate propagation of ultrafast laser pulses through a molecular gas acting as a transient wave plate under conditions of strong phase modulation. The resulting decomposition of a linearly polarized laser pulse into two nearly distinct, orthogonally polarized laser pulses is demonstrated with transiently aligned, linear molecules.     

超短脉冲强激光场中电子剩余能计算

为了控制光场感应电离等离子体的温度以使得基于光场感应电离机制的X射线激光辐射获得更高的增益值,利用准静态隧道电离模型,定量计算了电子剩余能量与激光偏振参量、波长(频率)、激光强度以及电离介质电离能的变化关系。计算结果表明线偏振短波长激光以及高电离能介质产牛的等离子体中电子剩余能比较低,因此适合用作复合机制X射线激光;对于低价离子存偏振度α介于0～1之间的某一处最高,因此,可以通过调整偏振度α,获得某一椭圆偏振光,会更有利于基于光场感应电离电子碰撞机制X射线激光增益的提高。     

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.     

Polarization effects during the interaction of counterpropagating waves in isotropic resonant media

Using the method of nonlinear polarization spectroscopy in the oppositely propagating laser beams of different power at a wavelength of 3.39 μm, we study, both theoretically and experimentally, the mechanisms of the formation of dichroism and birefringence during the interaction of arbitrarily polarized fields of resonant radiation with gaseous methane under conditions of low pressure of the gas in the cell and saturation of the operating transition F ₂ ⁽²⁾ by the field of a strong wave. Spectral forms of the polarization resonances of the test-wave intensity at the output of the polarization spectrometer are studied experimentally. Based on the vector theory of light interaction with matter, we present an exhaustive theoretical interpretation of the experimental data on the dependence of the polarization state of a weak wave on the intensity of a linearly or circularly polarized high-power counterpropagating wave. A new technique of measuring the induced nonlinear anisotropy for test-field waves and the macroscopic parameters of the resonant gas is developed. __________ Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 50, No. 1, pp. 72–93, January 2007.