斜入射激光驱动的冲击波在样品中传播特性的实验研究

在“神光-Ⅱ”高功率激光装置上，利用弯折靶、双台阶靶实验及通过对等离子体喷射状态的实验测量，研究了激光斜入射情况驱动的冲击波传播特性.结果表明，即使在大角度(约45°)斜入射的激光驱动下，靶材料中的冲击波依然是沿着靶面法线方向传播的，并能形成很好的一维正击波. 关键词： 斜入射 冲击波 弯折靶 双台阶靶 激光状态方程     

空间碎片典型材料激光烧蚀反喷羽流实验研究

建立了观测和记录不同激光入射角度烧蚀6061铝合金靶材等离子体反喷羽流特性的实验装置,对实验结果图像进行了处理,并对处理结果进行了数值拟合。拟合结果表明,激光辐照靶材后100ns内,等离子体反喷羽流大致分布区域为靶面外5mm×5mm。激光以不同角度入射时,等离子体反喷速度相对于靶面法线方向大致呈轴对称分布。当激光相对靶面法线方向小角度范围内入射时,激光烧蚀引起的冲量主要沿靶面法线方向,反喷羽流沿靶面法方向的速度为20~40km·s-1。激光斜入射时,反喷羽流沿靶面法线方向的速度要大于激光垂直入射的情况。高斯函数可以很好地描述等离子体反喷羽流速度分布。     

激光辐照凹形靶提高激发态离子的丰度

本文通过分析比较激光辐照平面和凹形结构靶实验产生的等离子体辐射特性,发现在凹形靶的凹域中存在着丰富的高激发态离子并发射强的激光等离子体X射线.     

激光产生等离子体辐射X射线特性研究

本文报导激光等离子体辐射Ｘ射线的测量方法和结果。在“星光”装置上,用１．６μｍ激光辐照Ｎａ／Ｆ和铜靶。用平晶谱仪测量等离子体辐射Ｘ射线绝对强度,并研究了辐射Ｘ射线强度与入射激光功率密度的关系,测量了靶前后辐射强度之比,为光电离机制的Ｘ光激光研究提供了较重要的数据。     

斜入射激光等离子体堵口时空特性研究

 在“星光II”上首次利用X光12分幅相机(XFC)成功地观测到了1.053 μm激光以45°方向斜入射孔靶和半腔靶等离子体堵口的时间和二维空间图象，获得了等离子体堵口速度，同时通过一维模型给出了斜入射条件下的等离子体堵口速度。实验结果表明：相同参数条件下半腔靶与孔靶相比，等离子体喷射速度高约15%。一维模型给出的等离子体喷射速度与XFC测出的等离子体喷射速度在实验误差范围内是一致的。     

对激光等离子体中X射线的产生与辐射加热研究

利用一维辐射流体力学程序MULTI数值模拟研究了功率为1014Wcm2、脉冲宽度为300ps、波长为0.44μm的强激光辐照平面Au靶时产生X射线的过程,给出了X射线转换效率和能谱分布.通过将靶物质划分为对所产生的X射线光学薄的转化区和光学厚的再发射区,得到了作为黑体辐射热源的最佳靶厚度,并给出了辐射加热靶所产生的等离子体的密度和温度的空间分布. 关键词： 辐射流体力学 激光等离子体 X射线转换 辐射热波     

激光加热金双盘靶辐射与再辐射实验研究

在“星光Ⅱ”装置上,采用新型双盘靶研究X射线谱在次级得到改造的特性,并测量出初、次级等离子体碰撞的速度.这种双盘靶一定程度上避免了初级等离子体喷射的影响,可以提高烧蚀次级X射线的干净性.采用两台软X射线谱仪分别对初级和次级辐射的X射线进行测量,采用X射线条纹相机测量双盘靶等离子体喷射的时空扫描图象,并对实验结果进行简单的物理分析 关键词： 双盘靶 X射线再辐射 等离子体碰撞     

超强激光超热电子激发的Kα X射线发射研究

建立了无色散型X射线谱仪. 利用SILEX-I激光装置的超强激光辐照固体物质，分别在靶前、后定量测量了Cu和Mo物质在不同激光功率密度时的X射线谱和Kα光子产额，推导了不同激光强度时的Kα X射线光子转换效率. 实验发现，打靶激光能量越高，靶后出射的Kα产额越高，100μm Mo靶可获得10^-5量级转换效率.     

斜入射脉冲X射线产生电流实验

 针对斜入射脉冲X射线与金属的几种可能相互作用机制,设计了实验布局,测量了斜入射X射线在金属靶上产生的脉冲电流,建立了相应的理论模型。结果显示,当X射线入射强度低于10⁵ W/cm²时,以光电效应为主,高于此值时,以热电效应为主导。这表明,X射线加载强度较弱时,电子表现出个体行为,而增大X射线入射强度,电子表现出弱关联集体行为。由此可以预测,超强X射线辐照下,金属表面将出现宏观尺度的电荷密度调制,在退激发过程中,这种调制状态可能以较高的效率辐射定向的微波电磁脉冲。     

激光脉冲对内层等离子体辐射源的影响

本文的基本思想是设计双层金铝薄膜靶以检测激光脉冲宽度与等离子体消融深度的关系,找出有效的等离子体加热方法以产生更强更亮的等离子体辐射源.由于有预脉冲激光的存在,表层金薄膜首先被消融,由主脉冲携带的大能量就能较易穿过表层金等离子体将能量聚焦在内层铝靶上,由此产生内层高温等离子体.又由于外层低温等离子体存在,其将有效的阻碍内高温等离子体因膨胀而引起的能量损失.对无预脉冲而言,直接入射激光能量都沉积在靶表层形成表层高温等离子体.但是激光直接入射而产生的等离子体辐射总强度只比由预脉冲情况下产生的金等离子体辐射强度增加15%.而预脉冲能量只占激光总能量的2%.实验结果显示Al光谱线主要来自类氢,类氦离子跃迁.Au等离子体光谱线主要来自它的N带,O带和P带谱.我们也观察到一个明显的软X射线短波发射极限.所有结果显示由于预脉冲的存在将对靶各层等离子体辐射产生极大的影响     

基于离散小波包变换的规整化波前解卷积

 直接波前解卷积可以有效地克服大气湍流对天文观测的影响,但解卷积问题具有病态特性,必须进行规整化。基于奇异值分解的规整化方法在处理图像边缘等高频部分不够理想;而WVD方法仅适用某些解卷积问题。在提出一种基于小波包变换的新规整化方法的基础上,将此方法应用于室内模拟点源实验中,并与基于奇异值分解规整化的维纳逆滤波进行了对比,实验结果表明：该规整化方法可以有效地解决解卷积问题的病态特性,应用该规整化方法所恢复的图像质量明显提高。     

激光诱导Al等离子体中连续辐射波长分布

用Ar作环境气体,压强固定在100 kPa,激光脉冲能量145 mJ/pulse,利 用时空分辨技术,采集激光烧蚀Al靶产生的等离子体辐射的时间分辨谱。分析了Al等离子体 连续辐射特征。根据连续辐射强度的时间分布,简要讨论了激光诱导等离子体连续辐射的产 生机理。根据连续辐射强度的波长分布,提出了原子对激光诱导等离子体连续辐射共振吸收 机理。认为：Al原子吸收能量的主要机制是原子实吸收连续辐射光子,原子实吸收光子的方 式是与价电子构成极性振子对连续辐射共振吸收。     

热阻塞效应对激光辐照靶材烧蚀过程的影响分析

研究了百兆瓦级激光烧蚀碳/碳复合材料靶材产生的等离子体吸收激光束能量引起的热阻塞效应。首先,基于逆轫致吸收理论,建立了激光在烧蚀靶材产生的等离子体中的传播模型;然后,基于磁流体理论,得到了等离子体在百兆瓦级激光形成的电磁场中的波动方程,建立了等离子体吸收激光能量引起热阻塞效应的模型。最后,对烧蚀过程中粒子的总密度、吸收系数、靶材表面等效热流随激光持续时间的变化规律以及是否考虑热阻塞效应时,靶面垂直方向的温度场进行了数值模拟。结果表明:等离子体的形成,对激光形成了明显的热阻塞效应,削弱了激光对靶材的烧蚀作用,使粒子总密度、吸收系数、靶材表面等效热流以及靶面垂直方向温度场的变化均呈现为非线性。     

激光诱导Al等离子体电子温度的时间空间演化特性研究

实验测定了激光烧蚀Al等离子体中Al原子在380-500nm 波长范围内的时间和空间分辨发射光谱。由Al原子390.068nm、394.4nm、396.152nm、466.3056nm、451.25nm、352 .95nm发射光谱线的强度计算了等离子体电子温度,并由实验结果讨论了激光等离子体中电子温度的时间和空间演化特性。实验结果表明,当延时在100-1500ns范围内变化时,相应的电子温度Te范围为6200K -32700K;当距离靶表面0-1.8mm范围内变化时,相应的电子温度Te范围为9800K- 32700K, 电子温度在沿激光束方向上的分布具有很好的对称性。     

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.     

纳秒激光烧蚀冲量耦合数值模拟

为研究激光烧蚀靶产生冲量过程和机理, 建立了一个复杂的一维热传导和流体动力学模型. 以空间碎片常见材料Al为例, 用建立的模型数值计算了纳秒脉宽激光烧蚀靶产生的冲量及冲量耦合系数随时间变化情况. 数值结果和已有的实验数据符合的较好. 数值计算表明: 激光脉冲时间内, 靶获得的冲量随时间迅速增加, 在脉冲时间结束后, 冲量变化随时间趋于稳定; 在冲量耦合过程中, 烧蚀等离子体向真空膨胀, 羽流尺度逐渐增大, 同时吸收入射激光能量, 导致激光与靶耦合的能量降低. 关键词： 激光烧蚀 冲量耦合 等离子体     

Time-resolved multispectral X-ray imaging with multi-channel Kirkpatrick-Baez microscope for plasma diagnostics at Shenguang-II laser facility

A time-resolved multispectral X-ray imaging approach with new version of multi-channel Kirkpatrick- Baez （KB） microscope is developed for laser plasma diagnostics at the kilo joule-class Shenguang-II laser facility （SG-II）. The microscope uses a total external reflection mirror in the sagittal direction and an array of multilayer mirrors in the tangential direction to obtain multiple individual high-resolution, high- throughput, and quasi-monochromatic X-ray images. The time evolution of the imploded target in multiple X-ray energy bands can be acquired when coupled with an X-ray streak camera. The experimental result of the time-resolved 2.5 and 3.0 keV dual-spectral self-emission imaging of the undoped CH shell target on SG-II is given.     

双等离子体团相互作用的磁流体力学模拟

利用商用磁流体力学模拟程序USIM对双等离子体团相互作用过程进行了数值模拟,分别考察和比较了双对流等离子体团在外加磁场和无外加磁场情况下,相互作用的物理过程.发现在外加磁场情况下等离子体团相互作用会伴随着磁重联(反向磁场)、磁排斥(同向磁场)以及一些不稳定过程.针对激光产生等离子体团错位相互作用实验,进行了标度模拟,发现外加磁场起着重要作用,进一步表明激光等离子体的磁化特征.研究结果为下一步在神光Ⅱ激光装置进行强磁环境下等离子体实验提供理论指导.     

Interferometric measurement for the plasma produced by a Q-switched laser in air near the surface of an Al target

An analysis the plasma produced by a Q-switched laser in air near the surface of an Al target and a series of M-Z interferograms for the production and growth of the plasma for different delay time are reported. The causes of optical breakdown and calculated the electron density distribution in the plasma is also discussed.