超强激光与等离子体作用中的能量输运

应用多光子非线性Compton散射模型和数值计算方法,研究了Compton散射对超强激光与等离子体作用中能量输运的影响,提出了将Compton散射光和入射超强光作为电子能量输运的新机制,给出了电子热传导新模型和能量输运数值计算结果。结果表明:散射使等离子体中Weibel不稳定性和自生磁场增强效应导致耦合光传输方向的电子密度显著减小,更多激光能量以热流形式分布在横向方向。散射使电子吸收能量的时间缩短和自生磁场线性阶段最大增长率增大效应导致等离子体表面处沿耦合激光横向方向的热流几乎被完全限制,电子在激光传输方向的能量显著增加。     

模拟 ps激光驱动的类氖锗19.6 nm X光激光

 瞬态电子碰撞激发产生X光激光的机制可以极大减少X光激光的泵浦能量。模拟了脉宽为1 ps,波长1.053 μm的钕玻璃激光驱动的类氖锗X光激光。模拟表明,在临界面附近可以产生高达60 cm ^-1的增益,还计算了X光激光在等离子体中的传播,计算表明X光激光在等离子体中的折射效应仍然是影响X光激光输出强度及分布的重要因素。     

x射线激光传输过程中的折射和饱和效应

以类镍银139nm(4d→4p，J=0→1)的x射线激光为例，采用二维光线追踪的方法，研究了x射线激光在等离子体介质中的折射及增益饱和效应，计算了x射线激光输出强度随焦线长度的变化和饱和输出光强.计算结果表明折射对光线在等离子体中的传输和放大有重要影响.利用实验参数对类镍银x射线激光的输出强度和增益系数进行了模拟，得到与实验相符的结果. 关键词： x射线激光 光线追踪 折射和饱和效应 激光等离子体     

激光支持等离子体流场的2维动态数值模拟

 采用高温气体（等离子体）电离度的一种近似计算方法,以及具有五阶精度的广义Godunov差分格式-加权本质无振荡格式,给出了高温气体状态方程的简便描述,并考虑激光与等离子体的相互作用和能量耦合模拟了强激光与固体靶相互作用时激光支持靶面等离子体流场的动态物理过程,并同理论模型结果进行了比较。结果表明：不考虑2维膨胀效应的理论模型结果比2维数值计算结果偏大,但两者只有接近一倍的差距,并无数量级的差别。考虑了膨胀效应的2维数值计算结果是可信的。     

激光等离子体通道天线的电磁散射特性分析

激光等离子体通道天线被等效为电子在横向旋转、轴向漂移的均匀冷磁化等离子体束,且该等离子体束的横截面为沿轴向不改变的圆形。在考虑离心力、科里奥利力等惯性力的影响下,结合麦克斯韦方程和本构关系,得出了激光等离子体通道天线的散射场。为了简化,计算了一特例,发现了一些有趣的现象。     

靶结构对烧蚀模式激光推进效应影响的数值模拟

 强激光辐照于固体平面靶产生高温、高压等离子体喷射,进而对固体靶产生力学推进效应,这是烧蚀模式激光推进的基本原理。采用针对高温气体（等离子体）电离度的一种近似计算方法,以及具有五阶精度的广义Godunov差分格式-加权本质无振荡格式WENO（Weighted Essentially Non-Oscillatory Schemes）,对强激光烧蚀固体靶产生等离子体喷射推进效应进行数值模拟。计算了固体靶面横向尺寸与激光光斑大小对推进效应影响的耦合关系,以及不同靶面结构烧蚀压力随时间的变化及其推进效应参数变化。数值模拟结果表明,靶面横向尺寸与光斑大小具有最优耦合值;固体靶面增加约束喷管结构对激光推进效应明显增大,并且随着约束喷管位置的不同,对激光推进效应增大的影响也有较大差异。     

超短激光脉冲在水中的非线性传输特性研究

基于扩展的非线性薛定谔方程及与其耦合的电子密度演化方程,理论研究了超短激光强脉冲在水中的非线性传输特性.理论模型综合考虑了衍射、正常群速度色散,多光子吸收、自聚焦及激光诱导产生的等离子体对光脉冲的自散焦效应.采用有限差分法模拟得到超短脉冲在传输过程中轴向上光功密度和等离子体密度的时空分布.系统分析了超短脉冲在水中传输的动力学过程,讨论了非线性自聚焦和等离子体自散焦效应在脉冲传输过程中的竞争关系.同时研究了不同入射激光能量,脉宽和聚焦条件对等离子体丝的时宅结构和脉冲能流横向分布的影响.该研究将有助于理解和推动超短光脉冲在激光医学、激光安全防护和水中激光加工中的应用.     

类氖锗软X射线激光输出达到深度饱和

在国家“863”计划激光技术领域专家委员会的支持下,1992年9月,中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所、北京应用物理与计算数学研究所成功地进行了新的一轮四靶串接加反射镜X射线激光实验.波长为23.2和23.6nm两条激光线的有效增益长度积GL达17.5,创世界最高纪录,表明我国 X射线激光技术研究走在世界前列. 实验用我国的“神光”装置作驱动源,在上一轮四靶串接X射线激光实验成功的基础上,把X射线多层膜反射镜放置在四靶的西侧,距靶端3cm处,使由南路激光辐照的一、二靶产生的X射线激光实现了双程放大、经双程放大的X射线.激光输出强度…     

低密等离子体通道中的非共振激光直接加速

在低密等离子体通道中, 横向有质动力可以有效调制电子的横向振荡过程. 一方面, 横向有质动力可以向外推动电子, 增大电子横向振荡振幅, 减小失相率, 使电子获得能量增益; 另一方面, 横向有质动力也可以通过对失相率的非线性调制来降低失相率, 在电子横向振荡振幅很小的情况下导致激光直接加速. 横向有质动力调制的大小由等离子体密度、激光强度和束宽共同决定. 三维模型结果也证实可以通过参数放大实现激光直接加速, 弥补了准二维模型的局限性.     

提高X光激光相干性的镶嵌靶的研究

 在以锗等离子体为增益介质的X光激光实验研究中，使用铜锗镶嵌靶可以获得一维横向宽度很窄的柱状等离子体，这有利于X光激光的单横模输出。本文对铜锗镶嵌靶进行了实验研究。     

X射线激光在箔靶等离子体中传播过程的解析研究

 对激光辐照箔靶产生的等离子体中X射线激光的传播和放大过程进行了解析的分析。在R.A.London物理模型的基础上, 用解析的方法描述了抛物线型电子密度分布增益纵剖面中X射线激光传播和放大过程的物理实质。指出了用最陡下降法求出的解析解中的误差, 并给出了折射长度的临界值。     

激光器件 其他

TN248 2005042553 X射线激光传输过程中的折射和饱和效应=Modeling of refraction and saturation effects of X-ray lasers[刊,中]／燕飞(中科院物理所光物理重点实验室,北京(100080)),张杰…／／物理学报,-2005,54(2),-715-720 以类镍银13．9 nm(4d→4p,J=0→1)的X射线激光为例,采用二维光线追踪的方法,研究了X射线激光在等离子体介质中的折射及增益饱和效应,计算了X射线激光     

激光偏振参量对光场感生电离电子碰撞机制等离子体电离参量的影响

以基于光场感生电离电子碰撞机制的类钯氙系统为例，计算并讨论了不同抽运激光偏振对等离子体的电离速率、阈值激光强度、电子在激光场中的剩余能量、各电荷态相对集居数、初始电子能量分布等电离参量的影响，计算结果表明，在相同的激光功率密度下，激光偏振对类钯氙41.8nm4d^95d^1S0-4d^95p^1P1跃迁的X射线激光放大影响很大，圆偏振激光抽运更有利于类钯氙41.8nm4d^95d^1S0-4d^95p^1P1跃迁的X射线激光放大的实现。     

激光辐射半圆柱凹槽靶产生等离子体特点

在利用激光产生的等离子体作为增益介质,实现X射线激光器的研究中,等离子体的密度分布形状及其时间演化起着重要作用,它不仅决定了等离子体中的原子分子过程,还决定了X射线的传输特性。在一般的软X射线自发辐射放大的实验里,如线聚焦激光辐照薄箔实验,在脉宽为数十微微秒,功率密度约为10~(14)W/cm~2的高功率激光照射下,产生的靶等离     

基于半解析自洽理论研究相对论激光脉冲驱动下阿秒X射线源的产生

发展了一种描述相对论激光脉冲与稠密等离子体相互作用产生阿秒X射线源的半解析自洽理论.该理论模型不仅可以获得等离子体界面的振荡轨迹、振荡面电场和磁场等物理参数,而且能够精确计算出激光脉冲驱动下阿秒X射线源的频谱,结果与粒子模拟程序一致.理论计算结果表明阿秒X射线源的辐射特性与等离子体界面随时演化过程相关,在周期量级激光场驱动下等离子体界面振荡振幅呈现中心不对称,通过改变激光场的载波包络相位实现对等离子体界面振荡的控制,获得准单阿秒X射线源.     

X光激光在等离子体中的传播

由于等离子体柱中有垂直于轴向的电子密度梯度,致使X光激光在等离子体柱内传播时发生折射。折射效应限制了增益区的长度,采用“双靶对接”的实验方法,能有效地抑制折射的影响。本文从理论上阐述了折射效应对激光增益的影响相当于在小讯号增益系数上加了一个负项;并给出X光激光出靶端的强度角分布及偏离轴向的折射角;为“双靶对接”实验提供靶面的夹角值。理论计算结果与实验结果符合得很好。     

黑腔中高斯型激光束偏折的模拟研究

利用三维激光等离子体相互作用流体程序LAP3D数值模拟研究了高斯光束在均匀等离子体传播过程中的激光束偏折现象,分别考察了激光强度变化和等离子体横向流的流速变化对束偏折的影响。模拟结果表明:当流速接近离子声速时,激光束偏折效应最明显,此时激光偏折程度与激光强度成正比;当流速逐渐小于离子声速时,激光束偏折行为受抑制逐渐减弱;而当流速逐渐大于离子声速时,激光光强包络的变化以衍射效应为主。     

准分子激光放大器中的三维放大自发辐射效应

发展了小纵横比条件下、具有圆柱对称性介质的高功能ＫｒＦ准分子激光放大器中，放大自发辐射效应的三维理论模型和计算程序。考虑自发辐射的频率分布效应以及侧壁表面反射效应。结果分析表明，当纵横比及入射负载均较小时，放大自发辐射对输出光束质量有较大的影响。     

激光与固体靶面烧蚀等离子体的能量耦合计算

 强激光辐照下固体靶表面迅速汽化产生靶蒸气等离子体,激光穿过等离子体区到达固体靶表面的过程就是激光束与等离子体的能量耦合与交换过程。采用具有五阶精度的WENO差分格式和简易等离子体状态方程模型对激光与等离子体相互作用的复杂物理过程进行了数值计算,分析了激光束能量在等离子体区中的吸收、屏蔽效应等动态耦合规律以及激光支持等离子体前驱冲击波传播。数值模拟结果表明：激光能量是支持靶面等离子体运动的唯一原因,能量屏蔽效应对激光与等离子体能量耦合有很大影响,通过控制激光脉冲宽度,可以合理调节屏蔽效应的影响。     

增强实验室X激光的亮度

实验室X激光已经取得重大进展,但均属自发辐射放大,缺乏模式限制的措施,故激光功率分散在多横模中,提高激光亮度的措施之一是模式限制.由于X光多层膜一般为高吸收膜,用以形成谐振腔作模式限制看来是困难的.本文建议采用相距足够远的二段激光等离子体作同步延迟行波放大来进行横模限制.分析表明,达到衍射极限的单横模X激光是可能的,这对X光全息术以及高亮度X激光的实现是十分重要的.本文还建议改变一般采用的产生线状等离子体的光学系统设计,使激光功率密度在长线上达到均匀;认为过去的光学系统不良是长焦线时,X激光增益-长度乘积低的一个可能原因.