优化脉冲间距的多脉冲尾流加速PIC模拟

多脉冲激光尾波场加速电子方法中限制尾波场振幅的主要机理是“相位失谐”,起源于非线 性效应导致尾波波长随振幅的增长而变大,从而后续脉冲逐渐偏离加速相位. 借助2D3V PIC 模拟方法优化各脉冲之间的间距,使之等于前面脉冲激发的尾波波长,模拟结果表明激发了 更大振幅的尾波场,同时激发了更强的“前向Raman散射”,它在限制尾波场进一步增长的 过程发挥了重要作用. 关键词： 多脉冲激光尾波加速 有质动力 相位失谐 前向Raman散射     

高强度激光与等离子体相互作用中的受激Raman级联散射、光子凝聚以及大振幅电磁孤立子的产生与加速

应用一维相对论电磁粒子模拟程序，详细研究了线性极化强激光入射到无碰撞稀疏密度长等离子体中引起的受激Raman散射、Raman级联散射、级联散射到光子凝聚、以及大振幅电磁孤立子的产生与加速. 通过研究发现：在适当的激光振幅和等离子体状态下，强的光子凝聚现象会导致大振幅电磁孤立子的产生，电磁孤立子可以以静止、向后以及向前加速的形式存在；在密度均匀的等离子体中，电磁孤立子的加速不仅依赖于激光振幅而且依赖于等离子体的长度；电磁孤立子的电磁频率大约为未扰动电子等离子体振荡频率的二分之一左右，孤立子内电磁场的电场具有半周期结构，相应电磁场的磁场以及静电场则具有一个完整的周期结构. 关键词： 粒子模拟 受激Raman散射 Raman级联散射 光子凝聚 电磁孤立子     

激光脉冲形状对弓形波电子俘获的影响

使用二维粒子模拟程序研究了电子弓形波注入机制中激光脉冲形状对电子俘获效果的影响. 研究结果表明, 激光脉冲时间上升沿陡峭的正扭曲脉冲激发的尾波场强度高, 加速区域分布广, 并且有利于电子获得更高的初速度, 从而推动更多的电子进入尾波场加速相位. 在其他条件相同的情况下, 正扭曲脉冲的电子俘获数目远高于激光脉冲时间分别为高斯形和负扭曲分布的情形, 使得电子束的品质得到改善. 研究结果对于理解尾波场加速中电子注入过程以及获得大电荷量高能电子束具有积极意义. 关键词： 尾波场 电子俘获 时间波形 粒子模拟     

激光尾流场的2.5维粒子模拟

 用2D3V PIC粒子模拟方法分析了超短脉冲超强激光在稀薄等离子体中激发尾流场的产生过程及电子在尾流场中的加速过程。“前向Raman散射”使得激光脉冲沿传播方向拉长，脉冲的尾部变陡，它导致静电场的相速度和饱和时超热电子的最大动能明显减小，也使得激发尾流场的最佳脉冲宽度变小。     

激光等离子体相互作用的受激拉曼散射饱和效应

在激光等离子体相互作用过程中,受激拉曼散射（SRS）会通过Langmuir波衰减不稳定性（LDI）和电子俘获两种机理饱和.文章给出均匀一维等离子体和低强度非相对论激光作用中,LDI和电子俘获两种机理下的SRS饱和时间的解析表达式.SRS饱和时间与入射激光强度,电子密度,电子温度,初始电子密度微扰等参数有关.解析理论计算得到了与模拟和实验相符的结果. 关键词： 受激拉曼散射 饱和 Langmuir波衰变不稳定性（LDI） 电子俘获     

激光脉冲的横向波形对弓形波电子俘获的影响

用粒子模拟研究了在激光尾波场电子弓形波注入过程中激光脉冲的横向波形对尾波场俘获电子数目的影响, 发现与高斯激光相比, 超高斯形激光更有利于拉动空泡闭合前侧边的电子团向空泡尾部汇聚形成高能量局域化的弓形波, 从而导致更多的电子注入到空泡的加速相, 使得被俘获的电子数目提高近5倍, 且电子束品质得到改善.该研究对于进一步理解尾波场加速中电子注入等有参考价值. 关键词： 尾波场 电子俘获 横向波形 粒子模拟     

激光尾流场的2.5维粒子模拟

用2D3V PIC粒子模拟方法分析了超短脉冲超强激光在稀薄等离子体中激发尾流场的产生过程及电子在尾流场中的加速过程。“前向Raman散射”使得激光脉冲沿传播方向拉长,脉冲的尾部变陡,它导致静电场的相速度和饱和时超热电子的最大动能明显减小,也使得激发尾流场的最佳脉冲宽度变小。     

碰撞对受激Raman散射的影响

从动力学方程出发，引入有效碰撞，讨论了碰撞对受激Raman散射线性增长率的影响.结果表 明，碰撞阻尼和Landau阻尼使得受激Raman散射线性增长率有了实质性的下降，受激Raman散 射只能发生在电子温度和电子密度平面的一个有限区域.现在的理论模型能够解释受激Raman 散射光谱上存在的“缝”(gap)现象. 关键词： 受激Raman散射 碰撞阻尼 线性增长率     

不同波长激光激发下C6H12受激拉曼散射模式竞争

发现不同波长激光激发下C₆H₁₂的受激拉曼散射模式竞争现象. 在不同波长的激光激发下，不同拉曼模式的Stokes光占优势. 短波长(404，532nm)激光激发时小频移模式ω₁(802cm^-1)为弱增益模式，大频移模式ω₂(2852—3038cm^-1)为强增益模， 主要产生ω₂模式的Stokes光. 长波长(80 关键词： 模式竞争 6H₁₂')" href="#">C₆H₁₂ 受激拉曼散射     

黑腔等离子体中SRS与SBS过程的散射光谱分析

针对惯性约束聚变中激光通过等离子体时,在光路上激发的受激Raman散射(SRS)与受激Brillouin散射(SBS)过程进行了研究。介绍了用于分析两种不稳定性过程背向散射光谱特征的程序模型,数值模拟了不同等离子体状态参数条件下的SRS与SBS过程,讨论了黑腔内等离子体参数条件对两种不稳定性过程及其散射光谱特征的影响,提出了有益于抑制两种不稳定过程的等离子体参数条件。     

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的理论模型和数值分析

窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器在非线性频率变换、遥感探测和量子信息等领域有广泛的应用前景.综合考虑受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)、受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering,SBS)、自相位调制(self-phase modulation)和交叉相位调制(cross-phase modulation)等非线性效应,建立了窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的非线性动力学模型.仿真分析了放大器中脉冲激光的时频演化特性,对比研究了抽运脉冲宽度、光纤长度和信号光功率等因素对放大器性能的影响.研究发现,上述因素会影响放大器的SRS阈值、SBS阈值、输出激光线宽、激光转换效率等.例如,当脉冲宽度为800 ns时,SBS随着抽运功率的增加而发生,限制了激光功率的提升;减短抽运脉宽可以抑制SBS,但是输出激光的线宽易于展宽到数百MHz以上;增加光纤长度可以获得更低的SRS阈值和更高的转换效率,但是SBS效应和光谱展宽程度也随之增强.系统搭建中需要平衡各非线性效应,选择合适的系统参数.研究内容可以为窄线宽纳秒脉冲光纤拉曼放大器的设计搭建提供参考.     

Optically controlled seeding of Raman forward scattering and injection of electrons in a self-modulated laser-wakefield accelerator

Optical seeding of plasma waves and the injection of electrons are key issues in self-modulated laser-wakefield accelerators. By implementing a copropagating laser prepulse with proper timing, we are able to control the growth of Raman forward scattering and the production of accelerated electrons. The dependence of the Raman intensity on prepulse timing indicates that the seeding of Raman forward scattering is dominated by the ionization-induced wakefield, and the dependence of the divergence and number of accelerated electrons further reveals that the stimulated Raman backward scattering of the prepulse plays the essential role of injecting hot electrons into the fast plasma wave driven by the main pulse.     

Origin of spectral interferences in femtosecond stimulated Raman microscopy

In femtosecond stimulated Raman microscopy (FSRM), a spectrally narrow (Raman pump) pulse and a broad (Raman probe) laser pulse are employed to generate the Raman spectra of microscopic objects. The resulting spectra exhibit, in addition to the Raman bands, spectral modulations of comparable amplitude. Here a model is devised that attributes these modulations to a four‐wave mixing (FWM) process. Two light fields of the probe pulse and one field of the pump pulse serve as input fields. The resulting FWM field experiences a heterodyne amplification by the probe field. Simulations based on this model reproduce the appearance of the spectral modulations. Furthermore, the amplitude of the modulations exhibits dependences on the energies of pump and probe pulses as well as on the nonlinear refractive index n₂, which are in line with the model. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

The stimulated Raman scattering competition between solute and solvent in Rhodamine B solution

The competition between the stimulated resonance Raman scattering (SRRS) of Rhodamine B (RhB) and the stimulated Raman scattering (SRS) of ethanol (C₂H₅OH) is observed at the RhB in C₂H₅OH solution. For different concentrations of the solution, the peak wavelengths of the SRRS, the amplified spontaneous emission (ASE), the fluorescence and the absorption of RhB are different. The SRRS of RhB and the SRS of C₂H₅OH are simultaneously generated when the concentration of the solution is 10^-5 mol/L and the energy of the excitation laser is 20.4 mJ. Otherwise, only either the SRRS of RhB or the SRS of C₂H₅OH is generated. The SRRS can be amplified by the ASE gain when the SRRS is near the peak of the ASE, and the peak wavelength of the SRRS coincides with the wavelength of the maximal intensity ASE.     

Partly tunable mid-infrared NH3 laser

Using a continously tunable pulsed 20-atmosphere CO₂ laser as a pump source, we generated pulses of mid-infrared radiation, partly tunable in frequency intervals in the range between 200 and 900 cm^–1 via stimulated Raman scattering in gaseous ammonia. As a Raman cell we used a multiple pass cell. We observed for¹⁴NH₃ and¹⁵NH₃ laser lines at 52 different frequencies with 39 lines observed for the first time. Tuning ranges up to 150 GHz and peak powers of several MW were achieved. The quantum efficiency reached 40 %.     

序列脉冲倍频YAG激光器泵浦的氧气受激拉曼散射研究

对序列脉冲倍频ＹＡＧ激光器泵浦的氧气受激拉曼散射进行了研究。对氧气的受激拉曼散射池的热传导过程进行了数值模拟计算，实验研究了序列脉冲倍频ＹＡＧ激光器泵浦情况下氧气受激拉曼散射的热效应问题。     

部分离化激光等离子体的受激喇曼散射不稳定性

由于部分离化激光等离子体中存在束缚电子，它可显著改变其参量不稳定性。本文分析了部分离化激光等离子体的受激喇曼散射的非线性色散关系，计算了钕玻璃倍频和三倍频激光受激喇曼散射的增长率，结果表明，前向受激喇曼散射显著增强，后向受激喇曼散射影响不大。     

High‐order Stokes and anti‐Stokes Raman generation in monoisotopic CVD 12C‐diamond

We determined, for the first time, the room temperature phonon energy related to the F_2g vibration mode (ω_SRS(12C) ～ 1333.2 cm^–1) in a mono‐crystalline single‐isotope CVD ¹²C‐diamond crystal by means of stimulated Raman scattering (SRS) spectroscopy. Picosecond one‐micron excitation using a Nd³⁺:Y₃Al₅O₁₂‐laser generates a nearly two‐octave spanning SRS frequency comb (～12000 cm^–1) consisting of higher‐order Stokes and anti‐Stokes components. The spacing of the spectral lines was found to differ by Δω_SRS ～ 0.9 cm^–1 from the comb spacing (ω_SRS(natC) ～ 1332.3 cm^–1) when pumping a conventional CVD diamond crystal with a natural composition of the two stable carbon isotopes ¹²C (98.93%) and ¹³C (1.07%). (© 2016 WILEY‐VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim)     

受激散射过程理论模型的发展与应用

在激光间接驱动的惯性约束聚变（ICF）中,高强度激光与低密度等离子体发生相互作用,会激发两种受激散射过程：受激布里渊散射和受激拉曼散射。它们会损失激光能量、破坏辐射场对称性、产生超热电子,从而危害聚变点火过程。因此,理解受激散射的物理过程并找到抑制其发展的有效方法,是ICF研究中重点关注的问题。介绍了中国激光聚变研究团队为研究受激散射过程而发展的多个理论模型,以及这些模型在实验数据分析中的具体应用。这些理论模型与实验研究一起,为提升受激散射过程的物理理解发挥了重要作用。