1．053μm激光在腔靶中反常吸收和超热电子的研究

从１９９０年到１９９３年，在神光Ⅰ上我们利用多种能量卡计和谱仪，全面系统地研究了基频光在腔靶中产生的反常吸收和超热电子。实验获得了腔靶反常吸收光谱、能量和硬Ｘ光谱，给出了ＳＲＳ能谱和能量、超热电子能量和温度与激光参数和靶型的关系，证明了采用短波长激光。     

飞秒激光固体靶相互作用中超热电子的输运特性

 实验研究了在100 TW掺钛宝石超短超强脉冲激光装置上完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子的输运特性,获得了超热电子的能谱、产额、注量及超热电子在靶内输运能量沉积范围。测量结果表明:超热电子的注量和总能量随靶厚度的增加而减少,超热电子约80％的能量主要沉积在靶内的前约一个激光脉冲宽度的范围内,且能量沉积范围随激光脉冲宽度的增加而增加,这主要是静电场的影响所致。     

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采用飞秒激光与薄膜靶相互作用测量了前向超热电子的分布和能谱。结果显示,前向超热电子主要集中在靶背法线方向附近区域发射,而超热电子的能谱呈双温类麦克斯韦分布。根据所测超热电子能谱和分布推算出前向超热电子总产额约1.23×108shot-1和前向超热电子的总能量约4.65×1011keV.shot-1,最后给出激光能量转化为前向超热电子能量的转化效率约5.72×10-4,这些结果与文献[17]的较好地一致。     

单模石英光纤中受激喇曼散射的研究

利用连续光纤激光器为泵浦源,对单模石英光纤中的受激喇曼散射进行了实验研究.在较低功率泵浦下,观察到由自发喇曼散射向受激喇曼散射演化的过程中,光谱不断变窄;当Stokes波信号功率较强时,观察到光谱峰值相对于泵浦波的频移量从440 cm－1转化到490 cm－1.在改进耦合系统后,不仅观察到一级喇曼频移,并且观察到了高阶Stokes光.在产生多级喇曼光谱时能量移动比较复杂,每两级的喇曼频移间隔并不完全相同.     

超热电子的产生与输运背向辐射的实验研究

报道了在100TW fs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：超热电子能谱呈单温类-麦克斯韦分布,拟合的温度为107keV;光学渡越辐射(OTR)测量结果显示：OTR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。     

超热电子的产生与输运背向辐射的实验研究

报道了在100TW fs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:超热电子能谱呈单温类-麦克斯韦分布,拟合的温度为107 keV;光学渡越辐射(OTR)测量结果显示:OTR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.     

飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子能量分布的实验研究

用3TW飞秒激光器研究了激光-固体靶相互作用中产生的超热电子的能量分布.超热电子构成各向异性的能量分布：在靶法线方向，超热电子能谱呈类麦克斯韦分布，拟合的温度约为206keV，该方向占主导地位的加速机理是共振吸收；在激光反射方向，超热电子能谱先是出现一个局部的平台，然后逐渐衰减，呈现非类麦克斯韦分布，这是由于几种加热机理共同作用的结果，其中占主导地位的是反射激光对电子的加速.在靶法线方向超热电子的温度和产额均大于激光反射方向超热电子的温度和产额，证明共振吸收机理对电子的加速更有效. 关键词： 飞秒激光 等离子体 超热电子 能谱     

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。     

超短超强激光与气体靶相互作用中的背向受激Raman散射

 实验诊断测量了超短超强激光与气体靶相互作用产生的背向受激Raman散射,在实验条件下呈现强耦合模式,背向受激Raman散射出现非线性Stokes多峰伴线结构,峰值的频率间隔小于等离子体波的频率,可以大致地推断出激光打靶过程中产生的等离子体密度偏低,其结果与等离子体强耦合理论计算结果一致。     

Stimulated Raman spectra generated by ps-pulses in a single-mode fiber

Efficient frequency conversion of 5 ps-pulses from a cavity dumped Rh6G-dye laser by stimulated-Raman-scattering (SRS) into the first and second Stokes order has been achieved. The simulateneously produced asymmetric spectrical broadening of the pump pulses leads to double peaks in the Raman spectrum. By means of spectrally resolved cross-correlation measurements with 2 ps pulses from a second synchronized dye laser, the relative arrival time of the various spectral components is measured. Furthermore it is shown that the effect of a reduction of the pump peak power by SPM is partially compensated by the temporal broadening of the pump pulses leading to a longer interaction length for SRS.     

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.     

超强飞秒激光与固体靶产生的超热电子加热机制

 在SILEX-1激光器上测量了超强飞秒激光与Ta靶相互作用产生的出射超热电子能谱及角分布，研究了出射超热电子加热机制。激光脉宽为 30 fs，激光功率密度为8.5×10¹⁸ W/cm²。靶前法线方向超热电子温度为550 keV。从实验结果可知：共振吸收是靶前法线方向超热电子主要加热机制，这与靶前存在大密度标长预等离子体的实验条件吻合。靶厚为6～50 μm时，靶后超热电子沿法线方向出射；靶厚为2 mm时，该发射峰消失。     

黑腔靶中超热电子特性研究

近几年来,在“神光”装置上进行了1.053μm激光与平面靶及一系列柱形黑腔靶相互作用实验。用一台多道滤波—荧光X光能谱仪(FFS)测得各种靶发射的超热X射线谱,由谱推导超热电子温度T_h和超热电子总能量E_h当照射靶单束激光能量E_(tar)为400～670J、脉宽τ=650～1150ps时,发现黑腔内明显存在两群服从Maxwell分布高能电子(T_h=35～45keV;T_(hh)=150～350kev),而且E_(he)占E_(tar)的份额为10％～12％。实验还表明:腔内的E_(he)与非线性过程特征量(SRS)有较好的线性关系,因此推断出腔内超热电子产生的主要机制是受激Raman散射。在相同照射条件下,黑腔靶产生的超热电子比平面靶严重。     

Low-threshold lasing in stimulated Raman lasers with nanosecond pumping

We have studied the conditions resulting in maximum lowering of the excitation threshold for pulsed stimulated Raman (SRS) lasers. It has been shown theoretically that in order to achieve the lowest possible values of laser radiation pulse energy needed to excite lasing in SRS lasers, we need high reflection of the cavity mirrors and low losses at the wavelength of the 1st Stokes component, high reflection of the output mirror at the wavelength of the pump radiation, and also matching of the confocal parameters for the exciting laser radiation and the cavity with each other and with the length of the Raman-active medium. The experimentally achieved excitation threshold for an SRS laser based on a barium nitrate crystal was 6 μJ, which quantitatively corresponds well to the calculation results. Lasing of up to five Stokes components simultaneously occurred. The efficiency for conversion of the laser radiation to one component was as high as 39%. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 75, No. 2, pp. 284–290, March–April, 2008.     

Dose estimation and shielding calculation for X-ray hazard at high intensity laser facilities

An ionizing radiation hazard produced from the interaction between high intensity lasers and solid targets has been observed. Laser-plasma interactions create "hot" electrons, which generate bremsstrahlung X-rays when they interact with ions in the target. However, up to now only limited studies have been conducted on this laser-induced radiological protection issue. In this paper, the physical process and characteristics of the interaction between high intensity lasers and solid targets are analyzed. The parameters of the radiation sources are discussed, including the energy conversion efficiency from laser to hot electrons, hot electron energy spectrum and electron temperature, and the bremsstrahlung X-ray energy spectrum produced by hot electrons. Based on this information, the X-ray dose generated with high-Z targets for laser intensities between 10¹⁴ and 10²⁰ W/cm² is estimated. The shielding effects of common shielding items such as the glass view port, aluminum chamber wall and concrete wall are also studied using the FLUKA Monte Carlo code. This study provides a reference for the dose estimation and the shielding design of high intensity laser facilities.     

Generation and characterization of millimeter-scale plasmas for the research of laser plasma interactions on Shenguang-III prototype

In order to produce millimeter-scale plasmas for the research of laser-plasma interactions （LPIs）, gasbag target is designed and tested on Shenguang-III prototype laser facility. The x-ray pinhole images show that millimeter-scale plasmas are produced with the gasbag. The electron temperature inferred from the stimulated Raman scattering （SRS） spectrum is about 1.6 keV. The SRS spectrum also indicates that the electron density has a fiat region within the duration of 200 ps. The obvious differences between the results of the gasbag and that of the void half hohlraum show the feasibility of the gasbag target in creating millimeter-scale plasmas. The LPIs in these millimeter-scale plasmas may partially mimic those in the ignition condition because the duration of the existence of a flat plasma density is much larger than the growth time of the two main instabilities, i.e., SRS and stimulated Brillouin scattering （SBS）. So we make the conclusion that the gasbag target can be used to research the large-scale LPIs.     

辐射加热腔诊断孔堵口特性实验研究

研究辐射加热腔诊断孔堵口现象。实验采用波长为１．０５３μｍ、能量为３００－４００Ｊ、脉宽为－８００ｐｓ的高斯型激光脉冲，双束对打具有双源区的腔靶。在激光入射口及内腔口服两台亚千电子伏特Ｘ射线能谱仪监测源区与内爆区发射的Ｘ光谱。定性分析和讨论了堵口现象。     

基频光腔靶辐射温度定标

研究腔靶辐射温度和X光耦合效率与靶结构及激光辐照条件的依赖关系。利用神光-Ⅱ基频光(波长1．053μm,能量3～5kJ／8束,脉宽0．6～0．9ns)辐照金腔靶。采用软X光能谱仪及平响应探测器分别测量腔靶诊断口辐射X光功率谱及其能量角分布。同时,利用五针孔时、空分辨成像技术对腔靶诊断口发射软X光进行实验观测,给出辐射温度推算中需要的等效诊断口面积修正因子。在北京同步辐射软X光标定站,对上述诊断用软X光探测元器件进行了全谱范围(0．05～1．5kev)的绝对标定,以提高X光辐射功率和黑腔辐射温度的诊断精度．     

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。     

水中受激拉曼散射的能量增强及受激布里渊散射的光学抑制

为提高液体介质中受激拉曼散射的输出能量,提出了通过温度调控来抑制受激布里渊散射的方法,设计了532 nm多纵模宽带脉冲激光泵浦的受激拉曼散射发生系统,测量了不同温度下水中前向受激拉曼散射及后向受激布里渊散射的输出能量,分析了水温、泵浦激光线宽及热散焦效应对受激拉曼散射输出能量影响的物理机制.实验结果表明:通过降低水温可实现对受激布里渊散射过程的有效抑制,同时减小热散焦效应带来的光束畸变,从而有效提高受激拉曼散射的输出能量.研究结果对液体介质中的受激拉曼散射多波长转换具有重要意义.