SILEX-1装置上等离子体尾场加速电子初步实验

激光等离子体加速电子机制可以产生准单能的高能电子束, 近年来成为国际上的研究热点. 中国工程物理研究院激光装置已经能够达到286TW的输出功率, 为国内在该领域的研究提供了实验条件. 文章介绍了在SILEX-1装置上开展的激光等离子体加速电子的初步实验, 并对测得结果进行讨论, 为下一步实验的进行提供了准备条件.     

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.     

飞秒激光-薄膜靶相互作用中超热电子产额和激光转化效率

 在激光能量130 mJ（靶面），脉宽60 fs，波长800 nm，对比度1∶10^-6，激光与靶法线成45°夹角，P偏振，靶面激光峰值功率密度约为7.0×10¹⁷ W·cm^-2，无预脉冲的条件下，采用电子谱仪与经γ标准源标定的LiF热释光探测器（TLD）相配合，测量了飞秒激光-薄膜靶相互作用中产生的超热电子能谱。根据所测的能谱，推算出超热电子的产额和激光能量转化为超热电子能量的效率，在靶法线方向分别为1.19×10¹⁰/sr和4.55%/sr，在激光反射方向分别为1.83×10⁹/sr和0.76%/sr。结果显示，不同方向的超热电子产额和激光转化效率有所不同，原因在于激光-等离子体相互作用产生的超热电子构成各向异性的分布。     

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-等离子体相互作用中快电子能量分布

 采用不同量程的电子谱仪与LiF热释光探测器相配合，测量了飞秒激光 等离子体相互作用中产生的快电子能量分布。结果显示快电子能量分布的一致性和多个重要特征与国外同类实验和计算机模拟结果相似。快电子能谱在低能处产生凹陷是由于冷电子的回流产生的；几种加速机制共同作用是能谱在100~350 keV范围内出现平台的原因；快电子的有效温度较好地满足共振吸收的温度定标律是由于反射激光加速与共振吸收机制均是通过朗道阻尼或波破对电子进行加速的。     

气体靶密度的数值计算与实验研究

 采用了1维简单模型来模拟气体靶的空间密度分布情况，并且该计算值得到了实验的验证。使用M-Z干涉仪诊断锥型喷嘴喷射的气体靶密度分布，得到了不同压力和不同延时下的干涉图样。自行编写了实验数据处理程序，得到了不同情况下气体密度的空间分布。在相互作用实验中，由气体分子密度随压力的变化，可以确定合适的压力，以获得预期的气体靶密度；由气体分子密度随时间的变化，可以确定激光与气体的作用时刻。     

光谱型椭偏仪精确表征非晶吸收薄膜的光学常数

采用光谱型椭偏仪(SE)和分光光度计分别测量了超薄类金刚石(DLC)薄膜和非晶硅(a-Si)薄膜的椭偏参数(y和D)和透射率T。由于薄膜的厚度与折射率、消光系数之间存在强烈的相关性,仅采用椭偏参数拟合,难以准确得到薄膜的光学常数。如果加入透射率同时进行拟合(以下简称SE+T法),可简单、快速得到薄膜的厚度和光学常数。但随机噪声、样品表面的轻微污染或衬底上任何小的吸收都可能影响SE+T法拟合的光学常数的准确性。因此将SE+T法和光学常数参数化法联用,实现DLC、a-Si薄膜光学常数的参数化,以消除测量数据中的噪声对光学常数的影响。结果显示,联用时的拟合结果具有更好的唯一性,而且拟合得到的光学常数变得平滑、连续且符合Kramers-Kronig(K-K)关系。这种方法特别适合于精确表征厚度仅为几十纳米的非晶吸收薄膜的光学常数。     

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）。     

Deuterium cluster jet produced at moderate backing pressures

A deuterium cluster jet produced in the supersonic expansion into vacuum of deuterium gas at liquid nitrogen temperature and moderate backing pressures are studied by Rayleigh scattering techniques. The experimental results show that deuterium clusters can be created at moderate gas backing pressures ranging from 8 to 23 bar, and a maximum average cluster size of 350 atoms per cluster is estimated. The temporal evolution of the cluster jet generated at the backing pressure of 20 bar demonstrates a two-plateau structure. The possible mechanism responsible for this structure is discussed. The former plateau with higher average atom and cluster densities is more suitable for the general laser-cluster interaction experiments.     

Optical Properties of Co-BaTiO3/Mg（100） Nano-Composite Films Grown by Pulsed Laser Deposition Method

Co nanoparticles embedded in a BaTiO3 matrix, namely Co-BaTiO3 nano-composite films are grown on Mg（100） single crystal substrates by the pulsed laser deposition （PLD） method at 650℃. Optical properties of the CoBaTiO3 nano-composite films are examined by absorption spectra （AS） and photoluminescence （PL） spectra. The results indicate that the concentration of Co nano-particles strongly influences the electron transition of the Co BaTiO3 nano-composite films. The PL emission band ranging from 1.9 to 2.2eV is reported. The AS and PL spectra suggest that the band gap is in the range of 3.28-3.7eV.