飞秒激光脉冲与金属光阴极相互作用

本文从理论上分析了飞秒激光与光阴极相互作用过程，采用双温模型分析了飞秒激光脉冲辐照下金属薄膜的温度效应。通过建立一个简单的光电效应模型，获得了最佳的金属光阴极厚度，通过该模型可以发现，产生的光电流对在飞秒激光脉冲辐照下的电子温度和晶格温度有着很大的依赖关系。     

数值模拟飞秒激光加热金属的热电子发射

研究了超短超强激光脉冲与薄膜靶相互作用中产生的电子热发射.当超短激光脉冲与薄膜靶相互作用时,首先入射超短脉冲激光对吸收深度内的自由电子进行热激发,接下来热激发电子将能量传递到附近的晶格,再通过电子和晶格二体系的热传导,以及电子晶格间的热耦合,将能量传递到材料的内部.因此,电子在皮秒级甚至更短的时间内不能与晶格进行能量耦合,使电子温度超出晶格温度很多,电子热发射就变得非常明显了.用双温方程联合Richardson-Dushman方程的方法对飞秒脉冲激光照射金属靶的电子热发射进行了研究,结果发现电子热发射对飞     

飞秒掺钛蓝宝石激光三倍频理论和实验研究

从理论和实验上分别研究了飞秒掺钛蓝宝石激光二倍频和三倍频的非线性频率转换过程.采 用Ⅰ类相位匹配非共线和频方法得到飞秒掺钛蓝宝石激光的三倍频2601nm输出，转换效 率达64%, 脉冲宽度为169fs.这为时间分辨电子显微镜提供了一种超短脉冲的紫外光源. 关键词： 飞秒激光 三倍频 时间分辨 BBO晶体     

飞秒脉冲激光加热金属薄膜的理论和实验研究

超短脉冲激光加热可应用于研究材料中载能子之间的超快相互作用,同时也广泛应用于超快激光加工.此前人们提出的双温度模型和抛物一步模型都只能用于描述超短脉冲激光加热金属薄膜后热量传递过程的特定片段.基于双温度模型和傅里叶导热定律,提出普适的理论模型可用于完整描述飞秒激光加热金属薄膜/基底时的整个热量传递过程.同时在300 K温度下,采用背面抽运-表面探测瞬态热反射法实验研究了飞秒脉冲激光加热金属薄膜的热量传递过程,理论预测曲线和实验测量结果符合较好,验证了理论模型的正确性.基于此模型测量得到了金薄膜的电子-声子 关键词： 飞秒脉冲激光 电子-声子耦合 界面热导 瞬态热反射     

相对论飞秒激光脉冲在真空中对预加速电子的加速

通过求解电子运动的相对论方程，发现预加速电子在超强超短激光脉冲的作用下可以获得很高的能量增益. 飞秒激光脉冲的上升沿在焦点附近的区域有效加速电子后，电子和光脉冲一起传播一段距离（远大于瑞利长度）后，激光强度变得很弱，从而使脉冲下降沿对电子的减速作用可以忽略不计，因此电子只经历加速过程而没有被减速，当电子和光脉冲分离时，电子获得了很高的能量增益. 当光强为10¹⁹Ｗ／cm² ，电子的初始能量为MeV量级时，电子的能量增益可以达到01GeV. 进一步讨论了电子的能量增益与电子的初始条件与激光脉冲的参数之间的关系. 关键词： 电子加速 飞秒激光脉冲 能量增益     

采用光谱展宽技术的钛宝石飞秒激光放大器

报道了飞秒激光啁啾脉冲放大器中的激光脉冲光谱展宽技术，实验中使用了几种光谱展宽元件，结果表明使用激光光谱展宽元件能有效地将飞秒激光脉冲 光谱展宽，抑制了飞秒激光放大器中常见的激光脉冲光谱增益窄化现象，从飞秒放大系统的振荡级输出28fs种子脉冲，放大后得到了重复频率为10Hz、峰值功率为1．6TW、脉冲宽度37．5fs的超短强飞秒激光脉冲 。     

啁啾飞秒激光脉冲形成的光纤光栅的Bragg反射特性

在800nm飞秒脉冲激光照射下光敏玻璃As₂S₃光纤具有双光子吸收 现象，当一束超短激光脉冲与另一束啁啾超短激光脉冲在As₂S₃光纤相遇时，干涉图案将 永久地记录一个空间啁啾光栅.研究了该光栅结构与入射超短脉冲激光脉冲参数的关系，数值计算表明该光栅具有较大的Bragg反射带宽. 关键词： 啁啾光纤光栅 飞秒激光脉冲 双光子吸收效应     

第一讲台面型电子加速器——激光尾波场加速器

近年来，随着超短超强激光脉冲技术的发展，利用超短超强激光在等离子体中激发出的高强度尾波场来实现电子加速的方案也取得了巨大进展．相对于传统的射频腔加速器，这种新型的加速器由于以等离子体为介质，可以突破传统加速器中加速梯度小于100MV／m的限制，其加速梯度可以达到100GV／m．电子在这样的加速场下，在厘米量级的距离内就可以获得GeV的能量．随着台面型超短超强激光器的发展，新一代实用化的台面型电子加速器有望在不远的将来得以实现．文章将从理论和实验上对激光尾波场加速中的尾波激发、电子注入、距离延长三个方面加以介绍，同时给出国内在这些方面的一些研究进展．     

Cu—Ba—O薄膜在超短激光脉冲作用下的光透射率特性

用泵浦－探测技术测量了金属－介质复合薄膜Ｃｕ－Ｂａ－Ｏ的光学透射率在超短激光脉冲作用下随延迟时间的瞬态变化曲线，获得了薄膜对光的透射率迅速减小并在皮秒时间内恢复原状的实验结果。该现象是由薄膜中金属超微粒子内费米能级附近电子被飞秒激光脉冲激发所产生的非平衡态电子经历瞬态弛豫造成的。本文从理论上给出了薄膜中Ｃｕ超微粒子的电子声子相互作用常数ｇ的修正数值。     

飞秒激光诱导材料内部三维光功能微结构新进展

飞秒激光是近年来获得迅速发展的一种超快激光．超短脉冲和超高电场强度是它的两个特征．飞秒激光已广泛用于物理化学反应的动力学过程分析和热效应可忽略的超精细加工．利用飞秒激光与材料的非线性相互作用，还可以实现透明材料内部有空间选择性的三维调控光功能微结构．文章重点介绍了在可擦重写三维超高密度光存储、立体彩色内雕、可集成超快光开关等方面的应用和国内外相关领域的最新进展，并展望了应用前景。     

A study of ultrafast electron diffusion kinetics in ultrashort-pulse laser ablation of metals

Temperature dependence of the electron diffusion in metallic targets, where the electron--electron collision is the dominant process, is investigated with the help of an extended two-temperature model. In sharp contrast to the low electron temperature case, where only the electron---phonon collisions are commonly considered, the electron diffusion process underlying the high electron temperatures evolves dramatically different in both temporal and spatial domains. Calculated results of the ablation yield at different pulse durations are presented for a copper plate impinged by ultrashort laser pulses with energy fluences ranging from 0.1 J/cm² to 10 J/cm². The excellent agreement between the simulation results and the experimental data indicates the significant role of electron--electron collisions in material ablations using intense ultrashort laser pulses.     

飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射空间分布特性

 采用单电子模型研究了不同偏振、不同强度飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射的空间分布特性。研究发现:随着激光强度的增加,对圆偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由全空间分布变为前向双叶型结构,而对线偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由类似于偶极天线辐射特性的四重对称双叶结构变为双重对称三叶型结构,这可以为实验研究电子的辐射提供空间分布的相关依据。     

自由电子激光相干强太赫兹源装置鬼脉冲初步研究

研究中国工程物理研究院自由电子激光相干强太赫兹源(FEL-THz)装置上鬼脉冲产生的原因及其对装置调试测量的影响,通过束流动力学模拟、热分析、蒙特卡罗模拟以及初步实验结果分析,证明了鬼脉冲将会明显破坏阻拦型测量,并会在束线管道上造成温度升高和辐射强度增大。研究表明:鬼脉冲成为限制FEL-THz装置正常工作的重要原因,为保证FEL-THz顺利出光,鬼脉冲必须予以消除,并简要讨论了鬼脉冲的消除方法。     

交叉传播相对论强激光脉冲在等离子体中相互作用及其对电子加热和加速的作用

文章介绍了相干交叉传播的相对论强激光在与等离子体相互作用中产生的能量交换、瞬态电子密度调制和激光加速电子，这些被加速的电子先在交叉光场中被捕获，随后又注入到等离子体波中，获得进一步的加速．这些现象最近在作者的实验研究和数值模拟中被观察到．     

Design of an ultrafast electron diffractometer with multiple operation modes

Directly resolving structural changes in material on the atomic scales of time and space is desired in studies of many disciplines. Ultrafast electron diffraction(UED), which combines the temporal resolution of femtosecond-pulse laser and the spatial sensitivity of electron diffraction, is an advancing methodology serving such a goal. Here we present the design of a UED apparatus with multiple operation modes for observation of collective atomic motions in solid material of various morphologies. This multi-mode UED employs a pulsed electron beam with propagation trajectory of parallel and convergent incidences, and diffraction configurations of transmission and reflection, as well utilities of preparation and characterization of cleaned surface and adsorbates. We recorded the process of electron–phonon coupling in single crystal molybdenum ditelluride following excitation of femtosecond laser pulses, and diffraction patterns of polycrystalline graphite thin film under different settings of electron optics, to demonstrate the temporal characteristics and tunable probe spot of the built UED apparatus, respectively.     

Improved method for studying the propagation dynamics of ultrafast electron pulses based on mean-field models

We have studied the propagation dynamics of ultrafast electron pulses by using an improved mean-field model, in which the propagation of the electron pulses across the boundary of the acceleration region is explicitly considered. A large decrease in the speed spread of the electron pulses(we called "boundary kick") is observed and properly treated leading to a significant improvement in the simulation accuracy, particularly when the density of electrons is very large. We show that our method is consistent with the simulation by the N-particle method, while others can introduce factorial error.     

电光采样(EOS)法测量超短电子束束团长度中的模拟计算与误差分析

随着高能物理的发展, 高能量正负电子对撞机, X射线自由电子激光器, 先进的同步光源等, 都需要产生高流强超短脉冲的相对论电子束团. 于是, 亚皮秒电子束束团诊断成为加速器物理新发展的关键技术, 电子束长度的监测是其中的一部分. 电光采样(EOS)法测量超短电子束团长度有非侵入、非破坏、实时测量的特点, 具有较好的应用前景. 本文介绍该方法的原理, 通过模拟计算分析电子束束团与探测光间距、电子束电场与电光晶体晶轴夹角、探测光偏振方向与电光晶体晶轴夹角等实验参数与束团长度测量的关系, 做系统误差分析, 对实际实验有指导意义.     

Vacuum heating of solid target irradiated by femtosecond laser pulses

The interaction of femtosecond laser pulses with solid targets was studied through experiments and particle-in-cell (PIC) simulations. It is proved that the vacuum heating and the inverse bremsstralung process are the main mechanisms of the laser pulse absorption under such conditions. The distribution of hot electrons and that of X-ray are found to have double-temperature structure, which is confirmed by PIC simulations. While the lower temperature is attributed to the resonant absorption, the higher one, however, is caused by the laser-induced electric field in the target normal direction. The time-integrated spectra ofthe reflected laser pulse shows that the mechanism of electron acceleration is determined by the plasma density profile.     

超快电子衍射技术及其应用

时间和空间上实时观测原子运动对于自然科学研究有着非常重大的意义, 而超快电子衍射(UED)技术同时具备飞秒激光脉冲的高时间分辨特性和电子衍射技术的高空间特性, 可以为实时观测原子级分辨尺度物质的结构变化提供一种有效工具. 本文综述了超快电子衍射技术的发展历史、实验方法以及相关应用, 并且展望了超快电子衍射技术未来的发展.