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。     

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     

超短脉冲强激光与固体靶相互作用中Kα射线的实验研究

在相对论激光强度下，对p偏振30 fs激光与固体Cu靶相互作用中产生的Kα射线进行了实验研究.采用刀边成像技术和单光子计数X射线CCD相结合的探测装置，在单发激光脉冲打靶时同时得到X射线源的尺寸、能谱以及Kα光子的转换效率等多种信息.实验结果与Reich等人的理论计算结果有明显的差异，Kα光子的能量转换效率在激光功率密度为1.6×10¹⁸W/cm²的条件下达到最大值7.08×10^-6/sr.根据这一结果并结合蒙特卡罗程序，推断出在这一聚焦光强下激光能量转换为前向超热电子的效率约为10%.     

超短超强激光与Cu靶相互作用中质子背向发射的实验测量

 在20TW激光器上进行了超短超强激光与金属Cu膜靶的相互作用实验，当靶厚度不同时，采用CR39核径迹探测器测量了质子发射的空间分布和产额；使用Thomson磁谱仪测量了靶背法线方向质子束的能量分布。测量结果表明：质子产额为10 ⁵～10 ⁶每发；质子束沿靶背法线方向发射，与入射激光方向无关，并且存在较小的发射立体角，在一定能量处出现截止，截止能量的大小与靶厚度有关。     

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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。     

激光功率密度对Al膜靶后表面快电子发射的影响

 报道了在20 TW皮秒激光器上完成的p偏振激光与等离子体相互作用过程中产生的快电子的角分布和能谱测量结果。实验得到：当激光功率密度小于10¹⁷ W/cm²时,电子发射没有明显定向性,在激光入射面内多峰发射;当激光功率密度大于10¹⁷ W/cm2,小于10¹⁸ W/cm²时,电子主要沿靶面法线方向发射;当激光功率密度达到相对论强度时,电子主要沿激光传播方向发射;激光功率密度未达到相对论强度时,靶后表面法线方向快电子能谱拟合平均温度符合共振吸收温度定标率;激光功率密度达相对论强度以上时,靶后表面法线方向快电子能谱拟合平均温度高于已有的温度定标率。     

飞秒激光等离子体超热电子能谱

实验在100TW超短超强掺钛蓝宝石飞秒激光装置上进行，研究铜平面靶的靶前超热电子和靶后超热电子能谱，期望获得超热电子有效温度和激光靶面功率密度的定标关系。用电子磁谱仪获得了：靶前法线方向、靶后激光传播方向和靶前激光反射方向超热电子能谱。     

飞秒激光与固体靶相互作用中自生磁场的测量

 利用OMA光学多道分析谱仪，分别在激光镜反方向和接近靶面法线方向测量了2倍频谐波的精细结构。在激光功率密度为5×10¹⁷ W/cm²的条件下，通过散射光2倍频谐波谱的精细结构，回推出激光与等离子体相互作用中产生的自生磁场达100T量级。     

fs激光在靶背表面产生的质子束成丝

 介绍了利用3TW/60fs钛宝石超短超强激光与20μm铜薄膜靶相互作用的实验。实验观测到质子束的角分布随激光功率密度有所变化。在较高的功率密度（～1×10¹⁸ W/cm²）时，观测到环状的质子束分布，发散角较大。在较低的激光功率密度（～2×10¹⁷ W/cm²）时，质子束发散角减小，质子束出现成丝现象。质子束的角分布实际上反映了从靶前输运到靶背的超热电子电流横向分布。在输运过程中，由于Weibel不稳定性会使超热电子电流出现空心化并最后破裂成丝。     

金属靶和绝缘靶对飞秒激光吸收的比较

利用脉宽为150fs、强度为8×10¹⁵W/cm²的P偏振飞秒激光研究了与 金属靶和绝缘靶 相互作用过程中的激光能量吸收、超热电子产额及超热电子能谱. 实验发现，由于绝缘靶电 导率小，因此其电荷分离势大于金属靶，从而导致绝缘靶比金属靶具有较小的激光能量吸收 、较少的超热电子发射和较高的超热电子温度. 关键词： 金属靶 绝缘靶 激光吸收 超热电子     

Flux-limited nonequilibrium electron energy transport in warm dense gold

An abrupt change in energy transport has been observed in femtosecond laser heated gold when the absorbed laser flux exceeds ~7×10(12) W/cm(2). Below this value, the absorbed flux is carried by ballistic motion of nonthermal electrons produced in interband excitation. Above this value energy transport appears to include ballistic transport by nonthermal electrons and heat diffusion by thermalized hot electrons. The ballistic component is limited to a flux of ~7×10(12) W/cm(2). This offers a unique benchmark for comparison with theory on nonequilibrium electron transport.     

超短超强激光产生正电子的蒙特卡罗模拟

通过理论分析,建立了超短超强激光与固体靶作用产生正电子的蒙特卡罗模拟模型及Geant4模拟程序。模拟研究了靶材料、靶厚度及超热电子温度等对正电子产额的影响,结果表明:对铝、铜、锡、钽、金、铅6种靶材料,金靶的正电子产额最高,是优秀的正电子产生靶;不同超热电子温度下存在不同的最佳靶厚度,在最佳靶厚度以下,正电子产额随靶厚度增长而增大,靶厚度取3 mm较为合适;超热电子温度越高,正电子产额也越高,提高激光强度是增加正电子产额的有效途径。模拟研究给出了正电子角分布及其能谱,结果显示,正电子发射明显前倾,从大于90方向范围发射的正电子数量极少,且超热电子温度越高前倾特点越明显,能量呈类麦克斯韦分布,靶背法线方向出射的正电子的温度随超热电子温度升高而升高。     

Saturation of the two-plasmon decay instability in long-scale-length plasmas relevant to direct-drive inertial confinement fusion

Measurements of the hot-electron generation by the two-plasmon-decay instability are made in plasmas relevant to direct-drive inertial confinement fusion. Density-scale lengths of 400 μm at n(cr)/4 in planar CH targets allowed the two-plasmon-decay instability to be driven to saturation for vacuum intensities above ~3.5×10(14) W cm(-2). In the saturated regime, ~1% of the laser energy is converted to hot electrons. The hot-electron temperature is measured to increase rapidly from 25 to 90 keV as the laser beam intensity is increased from 2 to 7×10(14) W cm(-2). This increase in the hot-electron temperature is compared with predictions from nonlinear Zakharov models.     

近相对论强度激光与薄膜靶相互作用中靶厚度对超热电子发射方向的影响

研究了近相对论强度的激光脉冲与薄膜靶相互作用中，靶厚度对超热电子发射方向的影响.实验发现，随着靶厚度的增加，靶后超热电子的发射方向向靶的法线方向移动，同时电子束的发散角变大.结果分析表明，靶背面电荷分离场强度的变化是影响电子发射方向的主要原因. 关键词： 飞秒激光脉冲 超热电子 靶厚度     

通道靶对超强激光加速质子束的聚焦效应

发散角过大是制约超强激光与固体靶相互作用加速产生高能质子束应用的一个重大物理难题.本文提出了一种结构化的通道靶型,与超强激光相互作用可提高质子束的发散特性,通道壁上产生的横向电荷分离静电场可对质子有效聚焦.采用二维particle-in-cell粒子模拟程序对激光通道靶相互作用过程进行了研究,分析了加速质子束的性能特点.模拟结果表明,与传统平面靶相比,通道靶可以在不过多损失能量的情况下产生具有更好准直性的质子束,尤其当通道靶的直径与激光焦斑尺寸和质子源尺寸相当时,横向静电场能够有效聚焦质子束,并且可保证相对较高的激光能量利用率.     

Generation of a fast-ion beam upon the interaction of a multiterawatt picosecond laser pulse with a solid target

The parameters of fast particles generated upon the interaction of 10¹⁹ W/cm² laser pulses with solid targets are studied. The spatial and energy parameters of fast ions are investigated. It is found that approximately 1–3% of the laser energy is transformed to the energy of mega-and submegaelectronvolt ions at laser pulse intensities ≥10¹⁸ W/cm². It is shown experimentally that an ion beam is directed perpendicular to the target surface. The analytic and numerical simulations agree with experimental results and predict the propagation of fast electrons in the mirror direction with respect to the incident laser beam and of ions perpendicular to the target. The theoretical calculations are compared with the experimental output and spectra of fast electrons and ions.