飞秒激光-固体靶相互作用中渡越辐射的测量

 为了探索超热电子的加热机制，利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪，分别在靶背法线方向测量了光学渡越辐射（OTR）积分成像图案和光谱。实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行，飞秒激光与铜膜靶作用后，靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD或OMA谱仪的狭缝上。测得的积分成像图案呈圆环状，光斑形成区域直径约为225 μm，在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号，该现象表明，超热电子在传输的过程中存在成丝效应，其分布也不均匀。光谱在300～500 nm之间出现一系列非周期锐利尖峰，在400 nm（2ω0）附近出现的尖峰应归因于v×B加热机制产生的超热电子引起的相干渡越辐射（CTR）。     

超强脉冲激光辐照固体靶背表面的渡越辐射

 在超强脉冲激光与固体靶相互作用中,利用光学CCD相机和光学多道分析仪,分别在固体薄膜靶背表面法线方向测量了渡越辐射（TR）积分成像图案和光谱。测量结果显示：TR空间分布图案呈圆环状,而辐射区域有发散角和光强分布;TR光谱在800 nm附近出现尖峰,是激光的基频波,这一现象归因于超热电子束在输运的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射;如果考虑超热电子的产生和加热机制,共振吸收和真空加热对超热电子都有贡献,其中占主导地位的加热机制则是共振吸收对电子的加热。     

飞秒激光渡越辐射时间特性的实验研究

为了探索渡越辐射（TR）的时间特性，在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学条纹相机，在靶背表面法线方向测量了TR时间分辨成像光斑。实验测量结果显示:TR时间分辨成像光斑呈长条状，而辐射区域有发散角、有光强分布。 TR信号强而快，持续时间短，为ps量级，最先到达屏幕上。其他成分光辐射信号弱而慢，持续时间长，为ns量级，最后到达屏幕上。TR的时间特性能为鉴别和判断TR信号提供了新的依据。     

利用谐波光谱的伴线结构测量自生磁场

在飞秒激光与固体靶相互作用中,利用OMA光学多道分析谱仪,在靶前表面激光镜反方向测量了激光的二次谐波(2ω0)光谱和三次谐波(3ω0)光谱,观测到了红移的2ω0光谱和3ω0光谱的伴线结构.在激光功率密度为～1018 W·cm-2的条件下,通过2ω0和3ω0谐波光谱的伴线结构,回推出激光与等离子体相互作用中产生的自生磁场均小于1 MGs.随着激光功率密度的增大,谐波谱红移峰向长波方向移动,光谱同时发生展宽.分析认为,等离子体临界面的迅速膨胀是导致二次谐波和三次谐波红移的主要原因.随着预脉冲功率密度的增大,临界面膨胀速度增大,导致了谐波光谱峰更大的红移.自生磁场的测量为诊断临界面的运动方向和速度提供了新的依据.     

利用渡越辐射研究超热电子束的传输特性

 为了探索超热电子束的传输特性，利用光学CCD相机在靶背法线方向测量了光学渡越辐射积分成像图案。实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行，飞秒激光与固体靶作用后，靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD狭缝上。在厚度为20 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现较平滑的圆形结构，而且中心亮度高于周围，这包含了非相干与相干渡越辐射的成分，与理论模拟结果接近；在厚度为100 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现出星状结构，光斑较小，与高能质子发射出现的星状结构极其相似；在复合靶背表面观测到渡越辐射光斑虽然也呈现大致的圆形结构，但光斑较大，而且极不均匀，中间有很明显的光斑分裂。     

强场物理中自生磁场的实验研究

为了获得飞秒激光与固体靶相互作用中自生磁场的大小与空间分布情况, 利用光学多道分析（OMA）谱仪（谱分辨0.1nm ）加电荷耦合器件（CCD）相机（11521242）探测设备, 用消色差的相机镜头作为空间分辨,在固体靶前表面测量了激光的高次谐波（n0）光谱, 观测到了n0光谱的精细结构及其频率间隔,由此推出激光与固体靶相互作用中产生的等离子体内的自生磁场达60-70特斯拉（T）量级, 且越接近靶法线方向磁场越强,其一维空间分布为环形。 这一结果为进一步研究强场物理中自生磁场的特性及等离子体的整体行为提供了依据。     

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实验研究了超短超强激光与7μm薄膜Cu靶的相互作用中靶背法线方向产生的质子和碳离子的能量分布。实验中采用CR39和Thomson磁谱仪相结合测量质子和碳离子能谱。实验中观察到了质子和C4+、C3+、C2+和C1+离子。实验结果表明:离子沿着靶背法线方向发射,离子在一定能量处出现截断;质子的产额远远高于碳离子产额;C4+、C3+、C2+和C1+最大截止能之比约为4:3:2:1。     

利用OMA谱仪测量飞秒激光的谐波光谱

本文给出了利用光学多道分析(OMA)谱仪测量飞秒激光谐波光谱的一种方法 .该方法是利用OMA谱仪(谱分辨0.1nm)加CCD(1152×1242)相机探测设备,用消色差的相机镜头作为空间分辨,在固体靶前表面测量了激光的二次谐波(2ω_0)光谱.结果显示:在平行于靶面的方向和接近于法线方向分别观测到了2ω_0光谱,但在接近于法线方向的谐波光谱出现了精细结构,并得到2ω_0谐波谱的分裂间隔约为3.183 nm.分析认为,自生磁场的产生和作用是导致二次谐波光谱精细结构及谐波谱分裂的主要原因.     

超热电子输运背向光辐射的实验研究

在100TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学CCD相机和光学多道分析仪，分别在靶背法线方向测量了超热电子光辐射的空间分布和光谱.测量结果显示：光辐射空间分布图案呈圆环状，而辐射区域有发散角和光强分布，且包含多种辐射成分.光辐射光谱在800nm附近出现尖峰，是激光的基频(ω₀)波，这一现象归因于超热电子束在输运的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射(CTR).随着激光能量的增加，CTR光谱峰向红光方向移动，基频波红移的主要原因是由于等离子体临界面的迅速膨胀.如果考虑超热电 关键词： 超热电子 光辐射 共振吸收 红移     

飞秒激光固体靶相互作用中超热电子的输运特性

 实验研究了在100 TW掺钛宝石超短超强脉冲激光装置上完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子的输运特性，获得了超热电子的能谱、产额、注量及超热电子在靶内输运能量沉积范围。测量结果表明:超热电子的注量和总能量随靶厚度的增加而减少，超热电子约80％的能量主要沉积在靶内的前约一个激光脉冲宽度的范围内，且能量沉积范围随激光脉冲宽度的增加而增加，这主要是静电场的影响所致。