近共振区超短强激光脉冲激发的等离子体尾波场

 用一维相对论粒子模拟研究了相对论超短强激光脉冲在等离子体中传播时激发的尾波场，初步获得了近共振区尾波场的峰值幅度随激光脉冲宽度变化的特点，发现在近共振区等离子体波激发出现增强。通过准静态近似下尾波激发的一维非线性方程数值求解，并与粒子模拟结果比较，得到了该非线性方程的适用范围：当激光脉冲宽度小于等离子体波波长的4倍时，该方程所得结果与粒子模拟结果一致；而当激光脉冲宽度大于该数值时，该方程不再适用。     

超短脉冲激光空间调制下小尺度自聚焦的实验研究

实验研究了超短脉冲激光的空间小尺度自聚焦的动态变化过程.具体实验过程是使经过正交细丝的衍射来实现激光的空间调制,然后通过非线性Kerr介质二硫化碳,随着输入功率的增大,超短脉冲开始出现小尺度自聚焦增长现象.实验发现,每个小尺度自聚焦峰值并不是随着功率的增大而无限地增长下去,而是在不同位置出现了新的调制增长点,这些新出现的增长与原有的增长相互竞争,最终导致了分裂成丝.通过数值模拟相应的传输过程,发现数值模拟结果与实验结果符合很好. 关键词： 小尺度自聚焦 高功率激光 超短脉冲     

短脉冲激光尾流场中的前向Raman散射

用212维粒子模拟分析了前向Raman散射对激光尾流场加速电子的影响.前向Raman散射使脉冲长度在传播方向上被拉长，脉冲后沿变陡，产生的尾流场相速度明显减小，而且超热电子的最大动能明显小于理论估计值.此外激光频率整体向低频移动.     

超强短脉冲激光在不同密度分布等离子体中的自聚焦

讨论高斯型强激光束在具有初始柱对称密度分布的低密度冷等离子体中传播时，等离子体密度分布的不同对激光自聚焦的影响.推导出可以判断更有利于自聚焦发生的评价函数，这样通过比较不同密度分布的评价函数值就可以判断哪种密度分布更有利于自聚焦的发生.为了说明这种方法的有效性，对评价函数进行分析得出：在相同的激光场中等离子体柱的轴心密度给定时(以激光的光轴为轴)，离轴越远的地方密度越大及密度变化越陡，自聚焦越容易发生；相对论效应与有质动力共同作用比相对论的单独作用，自聚焦更容易发生.数值模拟证实了评价函数能准确的预测在不 关键词： 自聚焦 相对论效应 有质动力 评价函数     

激光尾流场的2.5维粒子模拟

 用2D3V PIC粒子模拟方法分析了超短脉冲超强激光在稀薄等离子体中激发尾流场的产生过程及电子在尾流场中的加速过程。“前向Raman散射”使得激光脉冲沿传播方向拉长，脉冲的尾部变陡，它导致静电场的相速度和饱和时超热电子的最大动能明显减小，也使得激发尾流场的最佳脉冲宽度变小。     

超强激光与泡沫微结构靶相互作用提高强流电子束产额模拟研究

利用二维粒子模拟方法,本文研究了超强激光与泡沫微结构镀层靶相互作用产生强流电子束问题.研究发现泡沫区域产生了百兆高斯级准静态磁场,形成具有选能作用的"磁势垒",强流电子束中的低能端电子在"磁势垒"的作用下返回激光作用区域,在鞘场和激光场的共同作用下发生多次加速过程,从而显著提升高能电子产额.还应用单粒子模型,分析了电子在激光场作用下的运动行为,验证了多次加速的物理机理.     

次稠密等离子体对激光与锥形靶相互作用的影响

利用三维粒子模拟程序模拟了强激光在锥形靶内的传播情况.发现锥内次稠密等离子体的存在使激光在锥顶部的最大聚焦强度有所降低，产生的相对论电子的最大能量和数目增加.激光在锥壁激发起强的电流和磁场，次稠密的存在还使锥内产生强的准静态磁场，磁场的存在使相对论电子速度分布在垂直激光传播方向上表现出各向同性. 关键词： 超强激光脉冲 锥形靶 快点火 粒子模拟     

基于舰船尾流激光雷达的Monte Carlo模型及方差消减方法研究

对舰船尾流激光散射机理及探测过程的数值模拟是研究舰船尾流激光探测与制导的重要基础.首先分析了Monte Carlo方法引入到尾流激光雷达数值模拟领域研究的可行性.结合自行研制的尾流激光雷达实际参数,建立了尾流激光探测的Monte Carlo数值仿真模型.通过对仿真结果进行统计,深入剖析了仿真结果方差大及光子利用率低等问题的成因.为解决该问题,基于有偏采样理论和分裂-轮盘赌基本原理提出了接收光学视场内光子强行碰撞方法和以光子自由程总长度为准则的光子分裂方法,并进行了两方法的融合.仿真与实验结果的对比分析表明,提出的模型仿真结果与实验数据符合较好,验证了模型的正确性;提出的接收光学视场内光子强行碰撞方法和光子分裂方法能有效减小方差并提高光子利用率;解决了Monte Carlo方法引入到尾流激光雷达模拟过程中的适用性问题.     

强激光与固体靶作用产生的表面电子加速和辐射研究

利用单电子在固体靶表面准静态电磁场中运动的模型和非线性汤姆孙散射理论,研究了以大角度斜入射的强激光照射在固体靶表面产生的沿靶面方向发射的高能超热电子的运动及其产生的电磁辐射脉冲. 数值模拟表明,靶表面的电子在靶面附近的准静态电磁场和反射的激光场中作振荡. 当电子振荡频率接近激光频率时,电子被有效加速,被加速的电子主要沿靶面方向运动并产生向前的阿秒脉冲辐射. 讨论了电子在加速前的不同初始速度分布对辐射脉冲的时间和空间特性的影响,模拟了不同初始状态的多电子相干辐射脉冲的频谱特性. 关键词： 表面准静态电磁场 超热电子 阿秒脉冲 相干辐射     

相位反射产生的激光场空洞现象及其与激光等离子体参数相关性研究

理论研究和数值模拟研究表明激光在等离子体中诱导的等离子体密度调制可以起类似布拉格反射镜的作用，使得后面的入射光在等离子体平均密度远低于临界密度的区域就对入射光产生相位反射.相位反射的发生会影响激光在等离子体中的传播，例如激光在等离子体中相对传播时会出现激光场空洞现象.进一步的理论和数值模拟研究表明，相位反射持续发生的时间以及反射率的高低与等离子体的密度、等离子体区域的长度、激光强度以及脉宽等因素密切相关，这些都会对激光在等离子体中的传输产生影响. 关键词： 相位反射 密度调制 激光等离子体 粒子模拟     

A ponderomotive guiding center particle-in-cell code for efficientmodeling of laser-plasma interactions

A novel particle simulation code is described that self-consistently models certain classes of laser-plasma interactions without resolving the optical cycles of the laser. This is accomplished by separating the electromagnetic field into a laser component and a wake component. Although the wake component is treated as in a fully explicit particle-in-cell (PIC) code, the laser component is treated in the high-frequency limit, which allows the optical cycles to be averaged out. This leads to enormous reductions in computer time when the laser frequency is much greater than all other frequencies of interest. This work is an extension of the work of Mora and Antonsen, Jr. (1996 and 1997), who derived the time-averaged equations coupling the laser with the particles and developed a code to solve these equations in the quasi-static limit. The code presented is distinguished by the fact that it is useful when the plasma length is much less than the laser pulse length. Also, it is already parallelized and should be straightforward to extend to three dimensions     

激光烧蚀瑞利－泰勒不稳定性模拟

 给出了激光烧蚀流体不稳定性计算程序EUL2D的物理方程,介绍了计算中使用的活动网格和一些技术问题处理。EUL2D程序的计算结果与Takabe公式、FAST2D程序和LASNEX程序的结果较好符合。数值计算日本大阪大学激光烧蚀瑞利－泰勒不稳定性实验,再现了实验结果。发现了横向电子热传导烧蚀在长波长扰动的非线性瑞利－泰勒不稳定性演变中起重要作用。     

强激光与锥型结构靶相互作用准直电子束粒子模拟研究

利用PIC(particle-in-cell)方法模拟研究了超短强激光与锥型三明治结构靶相互作用快电子束的产生和传输,并与锥通道靶、锥丝靶和锥靶在相同激光参数下的作用结果进行了比较.研究发现强激光与锥三明治靶作用产生的快电子能被不同密度材料产生的准静态界面强磁场有效地准直传输.相对其他三种锥型结构靶,锥三明治靶能产生更多数目及更高能量的快电子,提高了激光到快电子的能量转换效率和快电子束的品质,这对快点火能量沉积是有利的.     

Spectral dynamics of narrow-band F<Subscript>2</Subscript> laser for optical lithography

We describe the spectral dynamics of a line-narrowed F ₂ laser, based on numerical simulation by a newly developed simulation code. The results were compared with the experimental results and it was found that the code could predict well the performance of a line-narrowed operation of the F ₂ laser. The code was also used to obtain a guideline for the optimized operation of an injection-seeded F ₂ laser system. In addition, a new spectral narrowing technique for the F ₂ laser has been proposed and its effectiveness was evaluated by the simulation code.     

Numerical developments for short-pulsed Near Infra-Red laser spectroscopy. Part I: direct treatment

This two part study is devoted to the numerical treatment of short-pulsed laser near infra-red spectroscopy. The overall goal is to address the possibility of numerical inverse treatment based on a recently developed direct model to solve the transient radiative transfer equation. This model has been constructed in order to incorporate the last improvements in short-pulsed laser interaction with semi-transparent media and combine a discrete ordinates computing of the implicit source term appearing in the radiative transfer equation with an explicit treatment of the transport of the light intensity using advection schemes, a method encountered in reactive flow dynamics. The incident collimated beam is analytically solved through Bouger-Beer-Lambert extinction law.In this first part, the direct model is extended to fully non-homogeneous materials and tested with two different spatial schemes in order to be adapted to the inversion methods presented in the following second part. As a first point, fundamental methods and schemes used in the direct model are presented. Then, tests are conducted by comparison with numerical simulations given as references. In a third and last part, multi-dimensional extensions of the code are provided. This allows presentation of numerical results of short pulses propagation in 1, 2 and 3D homogeneous and non-homogeneous materials given some parametrical studies on medium properties and pulse shape. For comparison, an integral method adapted to non-homogeneous media irradiated by a pulsed laser beam is also developed for the 3D case.     

激光间接驱动惯性约束聚变二维总体程序——LARED集成程序

介绍了辐射流体力学程序LARED集成程序的物理背景、模型方程、数值方法和数值算例。该程序主要应用于激光间接驱动惯性约束聚变的二维整体模拟,兼顾激光直接驱动、辐射驱动靶丸内爆过程和流体不稳定性等物理过程的数值模拟。通过与实验数据、一维辐射流体力学程序进行比对,验证了程序的可靠性。该程序实现了多群输运建模下NIF点火靶的全过程数值模拟,并已应用于惯性约束聚变的物理研究。     

Tunneling ionization of a hydrogen atom in short and ultrashort laser pulses

The ionization of a hydrogen atom in a linearly polarized low-frequency electromagnetic field is investigated by direct numerical integration of the time-dependent Schrödinger equation. The data obtained for various ionization regimes and various initial atomic states are compared with the Keldysh and Perelomov-Popov-Terent’ev (PPT) theories. The validity ranges for the quasi-static model of tunneling ionization and the PPT theory in laser intensity and frequency are determined. The tunneling ionization of the excited 2s and 2p states is discussed. The ionization of a hydrogen atom in an ultrashort (on the order of one optical period) pulse is investigated.     

高应变率下TC4及TC9钛合金的动态断裂

 报导了由短脉冲激光引起的应力波加载及电炮驱动Mylar膜平面飞片碰撞TC4、TC9钛合金靶的实验及数值计算研究结果。由回收靶样品的金相分析表明：在电炮驱动飞片碰撞及由激光引起的应力波加载所造成的应变率分别在10⁶ s^-1左右及10⁷ s^-1以上两种情形下，TC4、TC9钛合金的层裂特性都是以微孔洞的成核、增长、汇合为特征的韧性断裂。运用一维流体弹塑性动力学程序进行数值研究表明：成核增长NAG模型在一定程度上可以用来描述高应变率下TC4、TC9钛合金的损伤破坏特性。     

基于网格片的氧碘化学激光器多块并行数值模拟

为实现氧碘化学激光器(COIL)喷管流场大规模数值模拟,采用VICON程序中的基本方程与数值算法,应用JASMIN框架中的基本数据结构——网格片,以及多块结构网格拼接并行算法,发展了三维多块COIL并行模拟程序。数值实验结果展示了该并行模拟程序的正确性及可扩展性,并在2048个处理器核上模拟450万网格单元算例,加速比超过420。     

全光汤姆逊散射X光源数值模拟

 使用蒙特卡罗数值模拟程序研究了不同电子束和激光强度下,尾场电子束与超短脉冲激光发生汤姆逊散射获得的X光子能谱、角分布等,初步探索了180°散射下高质量X射线光源所需要的电子束与激光强度。数值模拟结果显示,为了尽量提高光子产额并抑制非线性效应,激光归一化强度应为1的量级。为了获得方向性和单色性好、亮度高的X射线脉冲,需要较高的电子能量和较小的电子能散,电子束脉冲尽量短,且发散角尽量小。