粒子模拟程序的发展及其在激光等离子体相互作用研究中的应用

介绍针对超短超强激光脉冲与等离子体相互作用研究的多维粒子模拟程序KLAP.在其一维程序KLAP1D中,考虑场电离、碰撞离化及两体碰撞效应后,程序可以用于研究短脉冲激光与中性物质的相互作用.在其三维程序KLAP3D中,为了研究加速能量达GeV的长距离激光尾波场加速问题,程序采用移动窗口技术,使得模拟尺度可以达到厘米量级.同时介绍了利用KLAP程序得到的有关THz辐射、激光与中性气体相互作用中的脉冲及离化波前演化、激光固体靶作用中表面电子加速及激光尾波场加速的研究实例.     

均匀等离子体光栅的色散特性研究

最近研究表明,两束交叉激光脉冲在等离子体中传播时,可以诱导生成周期等离子体密度调制(或称等离子体布拉格光栅). 分别利用传输矩阵法和耦合模理论,推导了激光斜入射时等离子体光栅的色散关系. 两种方法均表明,均匀等离子体光栅存在着光子带隙结构,并且在带隙附近有强烈的色散. 当激光斜入射时,带隙结构会呈现不同的偏振特性：S偏振光的带隙宽度随着入射角的增大而逐渐变宽,而P偏振光的带隙宽度随着入射角的增大先迅速变窄,在布儒斯特角入射时带隙消失,然后又随着入射角的增大而迅速变宽. 超宽的光子带隙和超高的激光损伤阈值,使得等离子体光栅有望成为一种新型的操纵强激光脉冲的光子器件. 关键词： 等离子体光栅 传输矩阵法 耦合模理论 光子带隙     

激光等离子体尾波加速器的发展和展望

超强激光在气体等离子体中传输时可以激发出大振幅的电子等离子体尾波。激光等离子体尾波加速器是利用该尾波对带电粒子（特别是电子和正电子）进行加速的一种新型装置。由于其加速梯度相较于现有的常规加速器可以提升1000倍，为建造超紧凑型的加速器和辐射源奠定了基础，也为将来建造基于等离子体的超高能正负电子对撞机和自由电子激光装置提供了可能。对该新型加速器的原理、特点、发展历程，尤其是近十年来的主要进展和未来发展趋势及面临的主要挑战进行简要梳理和介绍。     

室温下金属中电子格林艾森常数的测量

在室温条件下用自己研制的超快电子衍射实验设备精确测量了金属铝的电子格林艾森常数(γ_e).当飞秒脉冲激光瞬间加热铝膜时,电子和晶格对固体热膨胀的作用在时间域上是不同步的,借助于超快电子衍射实验设备的高时间分辨能力,可以摆脱以往测量非磁性金属材料时低温的限制,在室温条件下,实验通过直接观测瞬间加热的铝膜中电子和晶格对热膨胀的不同贡献得到电子的格林艾森常数. 关键词： 格林艾森常数 超快电子衍射 晶格热运动 电子热运动     

Collisional effects on the current-filamentation instability in a dense plasma

The collisional current-filamentation instability (CFI) is studied for a nonrelativistic electron beam penetrating an infinite uniform plasma. It is analytically shown that the CFI is driven by the drift-anisotropy rather than the classical anisotropy of the beam and the background plasma. Therefore, collisional effects can either attenuate or enhance the CFI depending on the drift-anisotropy of the beam-plasma system. Numerical results are given for some typical parameters, which show that collisional effects cannot stabilize but enhance the CFI in a dense plasma. Thus, the CFI may play a dominant role in the fast electron transport and deposition relevant to the fast ignition scenario (FIS).     

Generating monoenergetic proton beam by using circularly polarized laser

The interaction of ultrashort intense circularly polarized laser with ultra thin overdense foil is studied by particle-in-cell simulation and analytic model. It is found that with the balance between pondermotive force and electrostatic force, highly quasi-monoenergetic proton beam can be generated by Phase Stable     

强激光与稠密等离子体作用引起的冲击波加速离子的研究

用二维PIC（Particle-in-Cell）程序模拟研究了强激光与稠密等离子体靶作用产生的无碰撞静电冲击波的结构和这种冲击波对离子的加速过程,研究发现由于冲击波前沿附近的双极电场的作用,具有一定初速度的离子能被该双极场俘获并获得加速,最终能够被加速到两倍冲击波速度.冲击波加速可以得到准单能的离子能谱,叠加在通过鞘层加速机理产生的宽度离子能谱上.还对不同激光强度和不同等离子体密度情况下形成的冲击波进行了比较.研究表明,强度相对较低的激光在高密度等离子体中可以产生以一定速度传播的静电孤波结构,后者只能加速 关键词： 强激光 稠密等离子体 无碰撞静电冲击波 离子加速     

超快电子衍射系统的时间空间分辨能力研究及其优化

超快电子衍射技术是研究物质瞬态结构变化及超快结构动力学的有效手段.研制了国内第一套同时具有超快时间分辨及超高空间分辨能力的超快电子衍射系统,并研究了在该超快电子衍射系统上实现超快时间分辨及超高空间分辨能力的技术手段及其优化方法.实验结果表明：经过优化后该系统可以具有优于500 fs的时间分辨能力,其空间分辨能力达到0.04%的衍射峰位置变化,对应的晶面变化为0.0005?.该系统可以为实时测量超快光脉冲激发的物质瞬态结构变化,特别是为研究晶体材料的超快动力学行为提供了强有力的实验工具. 关键词： 超快电子衍射 空间分辨 时间分辨     

少周期激光脉冲与气体作用产生的离化电流和THz波辐射

本文通过理论和数值模拟,研究少周期激光脉冲电离气体原子产生的离化电流 以及相应的THz波辐射.研究表明,少周期激光脉冲离化气体后能产生较大的离化电流, 因而可以产生较强的THz辐射.不同的少周期激光脉冲相位导致电离出的 电子初始速度和电离起始时刻不同,从而产生的离化电流有所不同, 辐射的THz波随激光脉冲的相位成周期性变化.该理论得到一维PIC数值模拟的验证. 对于给定的激光脉冲相位,离化电流和THz辐射振幅并没有随入射激光振幅的增加而单调增加, 而是存在一些极值点.与均匀分布气体相比,当气体分布具有一定梯度时, 辐射表现相似的规律,但频谱会发生一定的变化.