超短强激光脉冲激励甲烷团簇的内电离机理

采用三维粒子动力学模拟方法研究了甲烷团簇在超短强激光脉冲激励下的爆炸动力学行为,重点讨论了几种典型的内电离机理对团簇爆炸过程中离子的价态和动能的影响.研究表明,在激光脉冲强度比较小的情况下,团簇中的原子主要是在光场作用下通过隧道电离的方式发生电离.当激光场进一步增强时,势垒压低电离是电离的主要方式.在相同的较高激光强度下,团簇更容易通过势垒压低电离达到高的电离价态.团簇发生电离后,其内部库仑电场的点火电离效应和内部滞留自由电子的碰撞电离效应也将增强团簇的再次电离过程. 关键词： 超短强激光脉冲 甲烷团簇 内电离     

超短超强激光脉冲辐照超薄碳膜电离状态研究

为了进一步理解极端条件下物质的电离特性, 特别是超短超强激光脉冲辐照超薄靶时等离子体的形成与分布, 本文以超薄碳膜为例, 细致研究了超短超强激光脉冲辐照下原子的离化过程. 分析和比较了强激光场直接作用电离和靶内静电场电离等两种场致电离形式, 在碰撞电离可以忽略的情况下, 发现更多的电离份额是来自靶内静电场的电离方式. 研究了激光脉冲强度对电离的影响, 发现激光脉冲强度越强, 电离速度越快, 产生的高价态离子所占比例也越高.当激光强度为1×10²⁰ W/cm²时, 尽管该强度高于电离生成C⁺⁶所需要的激光强度阈值, 但该激光脉冲并不能将整个靶电离成C⁺⁶离子, 对此本文进行了详细的分析. 在研究激光脉冲宽度的影响时, 发现激光脉宽越小, 电离速度越快, 但越小的激光脉冲电离获得的高价态离子越少.     

强激光场作用下部分离化等离子体的非线性极化

针对线偏振光场,提出一个原子极化模型。假设原子核为静止不动的正电背景,束缚电子不发生再电离,自由电子与离子也不发生复合,电子对电场的响应是瞬时的,并用旋转椭球来近似描述电子云的形状。通过此模型,可解析地计算出不同电离状态原子的第1阶线性和第3阶非线性极化率、相应的极化电流、以及极化介质（原子）的折射系数。在低场近似下,这些结果可自洽地过渡到传统的非简谐振子模型,并可得到对应的谐振子的固有频率和非线性系数。     

Multiphoton and tunneling ionization of atoms in an intense laser field

We study the ionization probabilities of atoms by a short laser pulse with three different theoretical methods,i.e.,the numerical solution of the time-dependent Schro¨dinger equation(TDSE),the Perelomov-Popov-Terent’ev(PPT) theory,and the Ammosov-Delone-Krainov(ADK) theory.Our results show that laser intensity dependent ionization probabilities of several atoms(i.e.,H,He,and Ne) obtained from the PPT theory accord quite well with the TDSE results both in the multiphoton and tunneling ionization regimes,while the ADK results fit well to the TDSE data only in the tunneling ionization regime.Our calculations also show that laser intensity dependent ionization probabilities of a H atom at three different laser wavelengths of 600 nm,800 nm,and 1200 nm obtained from the PPT theory are also in good agreement with those from the TDSE,while the ADK theory fails to give the wavelength dependence of ionization probability.Only when the laser wavelength is long enough,will the results of ADK be close to those of TDSE.     

强激光脉冲在部分离化等离子体中的传播特性

采用变分法给出了强激光脉冲在部分离化等离子体中传播的参数演化方程,其中考虑了相对论自聚焦、有质动力激发尾波场以及部分离化非线性极化强度的影响。通过非线性动力学分析的方法,得到了强激光脉冲以恒定焦斑半径传播时的激光、等离子体参数匹配条件。研究表明:在部分离化等离子体中,激光自聚焦随着电离程度的增大而增强;有质动力激发的尾波场进一步增强激光脉冲的自聚焦;相对于等离子体密度而言,激光强度对激光脉冲的自聚焦更有影响。     

强激光脉冲在部分离化等离子体中的传播特性

采用变分法给出了强激光脉冲在部分离化等离子体中传播的参数演化方程,其中考虑了相对论自聚焦、有质动力激发尾波场以及部分离化非线性极化强度的影响。通过非线性动力学分析的方法,得到了强激光脉冲以恒定焦斑半径传播时的激光、等离子体参数匹配条件。研究表明：在部分离化等离子体中,激光自聚焦随着电离程度的增大而增强;有质动力激发的尾波场进一步增强激光脉冲的自聚焦;相对于等离子体密度而言,激光强度对激光脉冲的自聚焦更有影响。     

μ-子催化核聚变中强脉冲激光对介原子μ3He的电离

数值求解了一维含时的Schr?dinger方程，研究了μ子催化核聚变反应中激光强度和波长对介原子μ³He电离的影响.发现当激光强度为10¹⁹—10²³W/cm²量级时，介原子μ³He有2.7%左右的电离率；当激光强度达到6.0×10²⁴W/cm²时，对介原子μ³He 有显著的电离，并且电离率随着激光的强度、波长而递增，进而会有效提高μ子的催化效率. 关键词： μ子 核聚变 激光 电离     

Nonlinear propagation of an intense Laguerre–Gaussian laser pulse in a plasma channel

The nonlinear propagation of an intense Laguerre–Gaussian(LG) laser pulse in a parabolic preformed plasma channel is analyzed by means of the variational method. The evolution equation of the spot size is derived including the effects of relativistic self-focusing, preformed channel focusing, and ponderomotive self-channeling. The parametric conditions of the LG laser pulse and plasma channel for propagating with constant spot size, periodically focusing and defocusing oscillation,catastrophic focusing, and solitary waves are obtained. Compared with the laser pulse with fundamental Gaussian(FG)mode, it is found that the effect of vacuum diffraction is reduced by half and the effects of relativistic and wakefield focusing are decreased by a quarter due to the hollow transverse intensity profile of the LG laser pulse, while the effect of channel focusing is the same order of magnitude with that of the FG laser pulse. Thus, the matched condition for the intense LG laser pulse with constant spot size is released obviously, while the parameters of the laser and plasma for the existence of solitary waves nearly coincide with those of the FG laser pulse.     

超快强激光驱动的原子分子电离

强场电离是超快强激光与物质相互作用时发生的基本物理过程。强场驱动原子分子的电离电子动力学过程发生在一个光学振荡周期以内,是在阿秒时间尺度上研究电子超快动力学的典范。不仅如此,强场驱动下的超短电子束还为探测原子分子的结构及其超快动力学提供了重要的技术手段。文章首先简要阐述了超快强光场中原子分子电离的基本物理图像,在此基础上,介绍了近年来基于强场电离电子开展的超快过程研究的几个例子,最后简要讨论了强场电离研究的未来可能发展方向。     

Dynamics simulation on interaction of intense laser pulses with atomic clusters

Under classical particle dynamics, the interaction process between intense femtosecond laser pulses and icosahedral noble-gas atomic clusters was studied. Our calculated results show that ionization proceeds mainly through tunnel ionization in the combined field from ions, electrons and laser, rather than the electron-impact ionization. With increasing cluster size, the average and maximum kinetic energy of the product ion increases. According to our calculation, the expansion process of the clusters after laser irradiation is dominated by Coulomb explosion and the expansion scale increases with increasing cluster size. The dependence of average kinetic energy and average charge state of the product ions on laser wavelength is also presented and discussed. The dependence of average kinetic energy on the number of atoms inside the cluster was studied and compared with the experimental data. Our results agree with the experimental results reasonably well.     

指数型光脉冲上升沿作用下的阈上离化

本文研究了指数型光脉冲上升沿对阈上离化的影响.结果表明,在essentral states模型的基础上计及光脉冲中光强的时间变化,即可对阈上离化中各连续态粒子数分布及峰开关效应的时间发展作合理的描述.     

强激光与等离子体相互作用中低频电磁场孤子波的产生及其捕获

用二维粒子模拟程序研究了超短脉冲强激光与等离子体相互作用中局域低频电磁场的产生现象.这种低频电磁场在超短脉冲激光激发尾波场、脉冲后沿产生频率下移的过程中形成.通常它们的振荡频率接近于或低于电子等离子体振荡频率，因而被捕获在等离子体中(即传播速度接近于零).在演化过程中，通常它们以孤子场的形式出现.这种孤子波的形成及其演化与离子运动有极大关系.用相对论强激光脉冲可以产生达到相对论振幅的电磁场孤子波，后者可以把离子加速到非常高的能量.研究还表明，在二维几何位形下，孤子波产生与入射光的偏振态有很大关系.     

强短脉冲辐照叠加态原子增强阿秒脉冲强度

采用强短激光脉冲辐照叠加态原子提高孤立阿秒脉冲的强度。数值研究表明,与强短脉冲 (脉冲宽度只有几个光学周期的超短脉冲）辐照基态原子获得孤立阿秒脉冲相比,采用叠加 态原子的方案不仅同样可以获得孤立的阿秒脉冲,而且阿秒脉冲的强度得到显著增强。     

超短超强激光实验伴生电磁脉冲的模拟研究

靶室腔体谐振产生的电磁辐射是超短超强激光与靶相互作用实验中生成的电磁脉冲(EMP)来源之一。基于有限元分析方法,对靶室腔谐振产生电磁脉冲和电磁脉冲通过窗口向外传播这两个过程进行仿真模拟。前者模拟获得空腔和含结构模型谐振时特征磁场,结果显示内部结构对电磁场强度分布和谐振频率有显著影响;后者模拟结果显示,窗口外侧电场强度比窗口内侧高约40%,而且电磁脉冲传播到靶室外后呈球面波形式扩散并衰减。对电磁脉冲的强度衰减规律进行了分析,得到该衰减曲线的拟合函数。     

激光脉冲在气体中产生的离化波前的演化及其对光脉冲传播的影响

利用带离化子程序的一维粒子模拟程序，对光脉冲与离化波前的相互作用进行了模拟研究，讨论了在原子多度电离的情况下光脉冲与离化波前的相互作用关系.研究表明，由于原子各级离化势的不连续性使得离化波前在空间上出现平台区；离化过程导致激光频率发生蓝移，这个蓝移又对脉冲形状产生调制，使脉冲前沿呈阶跃型增长；阶跃型的光脉冲包络使离化波前的平台区变短，直至整个离化波前分为几个不同梯度的区域.还讨论了不同元素和不同密度的气体中产生的离化波前的特点.同时分析了光脉冲频率随传播距离的关系，指出由于光脉冲宽度的增加，将导致出射的光 关键词： 激光等离子体 光电离 离化波前 激光频率上转换     

Three-dimensional simulation on explosions of hydrogen atomic clusters irradiated by an intense femtosecond laser pulse

Using classic particle dynamics simulations, the interaction process between an intense femtosecond laser pulse and icosahedral hydrogen atomic clusters H_{13}, H_{55} and H_{147} has been studied. It is revealed that with increasing number of atoms in the cluster, the kinetic energy of ions generated in the Coulomb explosion of the ionized hydrogen clusters increases. The expansion process of the clusters after laser irradiation has also been examined, showing that the expansion scale decreases with increasing cluster size.     

超强超短脉冲激光诱发大尺度氘团簇聚变

 利用低温脉冲气阀获得了平均含有3×103氘原子的氘团簇。在飞秒激光装置上实现了氘团簇聚变,每发中子产额为1×10³。中子产额对激光功率密度敏感,保持激光能量不变,随着激光焦斑的变大,DD聚变中子产额逐渐增加,最大值出现在激光焦斑为470 mm时;继续增大激光焦斑,没有观察到中子信号。实验结果还表明激光氘团簇聚变发生的区域主要是激光辐照的等离子体热区,此区域内邻近氘团簇库仑爆炸发射的高能氘离子碰撞引发聚变反应。     

强激光场中长程势与短程势原子产生高次谐波与电离特性研究

用数值方法求解含时薛定谔方程，研究了具有长程势和短程势的一维原子在强激光场中的高次谐波和电离特性. 在强激光场中，长程势和短程势原子产生的高次谐波具有相似的特性，对应的平台和截止位置相同，但是短程势原子没有低阶的高次谐波，而长程势和短程势原子在激光场中的电离概率明显不同. 研究结果表明，原子的激发态结构对低阶的高次谐波和原子的电离概率有重要影响. 关键词： 强激光场 高次谐波 电离概率     

近共振区超短强激光脉冲激发的等离子体尾波场

用一维相对论粒子模拟研究了相对论超短强激光脉冲在等离子体中传播时激发的尾波场,初步获得了近共振区尾波场的峰值幅度随激光脉冲宽度变化的特点,发现在近共振区等离子体波激发出现增强。通过准静态近似下尾波激发的一维非线性方程数值求解,并与粒子模拟结果比较,得到了该非线性方程的适用范围：当激光脉冲宽度小于等离子体波波长的4倍时,该方程所得结果与粒子模拟结果一致;而当激光脉冲宽度大于该数值时,该方程不再适用。     

强激光场中模型氢原子和真实氢原子的高次谐波与电离特性研究

利用数值方法求解含时薛定谔方程，研究了一维、二维模型氢原子和真实的三维氢原子在强激光场中产生的高次谐波和电离特性.结果表明，在多光子电离区域和过垒电离区域，模型氢原子与真实的氢原子产生的高次谐波和电离概率差别很小；在隧道电离区域，它们产生的高次谐波的平台特征和截止位置相似，电离概率随时间变化的趋势相近，但其数值有明显的差异.对产生这种差异的原因进行了分析. 关键词： 强激光场 高次谐波 电离概率