超短超强激光与稀薄等离子体相互作用的数值研究

用一维粒子模拟方法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ－ｉｎ－Ｃｅｌｌ）数值研究了超短超强激光（Ｉλ＾２〉１０＾１８Ｗ．μｍ＾２／ｃｍ＾２）与稀薄等离子体的相互作用过程，结果表明，超短超强激光与稀薄等相互作用后，在等离子体中激发起尾波和拉曼（Ｒａｍａｎ）波，它们的波长和频率的值与解析解符合得很好；同时在尾波的作用下，等离子体的部分电子被加速的很高的速度，甚至接近光速。     

超短超强激光和稠密等离子体相互作用的数值研究

应用一维粒子模拟方法数值研究了超短超中激光和稠密等离子体的相互作用，结果表明，在等离子体中的激发起无规则的电场波动，同时在等离子体中产生温度很高的电子。     

超强激光在均匀等离子体中的背向拉曼散射放大机制

使用等离子体背向受激拉曼散射对激光进行放大时,等离子体的密度、温度和长度都会对激光的放大效果产生影响.为了探究等离子体密度对结果的影响,本文使用一维粒子模拟程序模拟了波长为800 nm的泵浦激光入射到均匀等离子体中,等离子体密度和泵浦光光强对散射光光谱的影响.模拟结果表明,等离子体密度降低会导致散射光的波长变短,而泵浦光的光强在一定范围内降低会增加散射光中背向散射光的比例.通过分析散射光的光强和等离子体的密度,发现前向拉曼散射是等离子体密度变化的原因.模拟结果对等离子体背向受激拉曼散射放大的实验研究具有重要的指导意义.     

激光聚变快点火机理研究

对超强超短激光等离子体相互作用和快点火机理及其物理可行性进行了理论和数值模拟研究.研制了二维和二维半粒子云模拟程序,数值模拟了超强超短激光脉冲在非均匀等离子体中的传播.提出快点火穿孔速度和深度以及用于快点火的超强超短激光器的初步指标 关键词： 超强超短激光等离子体相互作用 快点火机理 粒子云模拟     

粒子模拟程序的发展及其在激光等离子体相互作用研究中的应用

介绍针对超短超强激光脉冲与等离子体相互作用研究的多维粒子模拟程序KLAP.在其一维程序KLAP1D中,考虑场电离、碰撞离化及两体碰撞效应后,程序可以用于研究短脉冲激光与中性物质的相互作用.在其三维程序KLAP3D中,为了研究加速能量达GeV的长距离激光尾波场加速问题,程序采用移动窗口技术,使得模拟尺度可以达到厘米量级.同时介绍了利用KLAP程序得到的有关THz辐射、激光与中性气体相互作用中的脉冲及离化波前演化、激光固体靶作用中表面电子加速及激光尾波场加速的研究实例.     

对超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用动力学过程的研究

结合Saha方程,建立了一个超短脉冲激光与固体密度等离子体相互作用的动力学过程中电子温度和电子密度随时间变化的简单模型.在降温过程中采用绝热膨胀模型,讨论了等离子体在绝热膨胀过程中的特殊性质,考虑了离子声速随温度的变化,推算了状态演化过程,得到了电离度随时间变化的演化规律. 关键词： 超短超强脉冲激光 固体密度等离子体 电离度     

次稠密等离子体对激光与锥形靶相互作用的影响

利用三维粒子模拟程序模拟了强激光在锥形靶内的传播情况.发现锥内次稠密等离子体的存在使激光在锥顶部的最大聚焦强度有所降低，产生的相对论电子的最大能量和数目增加.激光在锥壁激发起强的电流和磁场，次稠密的存在还使锥内产生强的准静态磁场，磁场的存在使相对论电子速度分布在垂直激光传播方向上表现出各向同性. 关键词： 超强激光脉冲 锥形靶 快点火 粒子模拟     

超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子的产生

用2D3V PIC粒子模拟方法得到了超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子产生的图像,并对其机理进行了研究。在靶前后表面都观察到了高能离子的产生,并诊断了离子能谱。模拟结果表明,在靶前表面所产生的高能离子,角分布较大,在向靶内输运过程中会损失能量;在靶后表面产生的高能离子,定向性很好,能获得很高的能量。模拟得到的离子能量和实验观测结果在量级上相符。     

超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子的产生

用2D3V PIC粒子模拟方法得到了超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子产生的图像，并对其机理进行了研究。在靶前后表面都观察到了高能离子的产生，并诊断了离子能谱。模拟结果表明，在靶前表面所产生的高能离子，角分布较大，在向靶内输运过程中会损失能量；在靶后表面产生的高能离子，定向性很好，能获得很高的能量。模拟得到的离子能量和实验观测结果在量级上相符。     

超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子的产生

 用2D3V PIC粒子模拟方法得到了超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子产生的图像，并对其机理进行了研究。在靶前后表面都观察到了高能离子的产生，并诊断了离子能谱。模拟结果表明，在靶前表面所产生的高能离子，角分布较大，在向靶内输运过程中会损失能量；在靶后表面产生的高能离子，定向性很好，能获得很高的能量。模拟得到的离子能量和实验观测结果在量级上相符。     

A numerical simulation of the backward Raman amplifying in plasma

This paper describe a numerical simulation method for the interaction between laser pulses and low density plasmas based on hydrodynamic approximation. We investigate Backward Raman Amplifying （BRA） experiments and their variants. The numerical results are in good agreement with experiments.     

超强圆偏振激光直接加速产生超高能量电子束

研究表明, 峰值强度为10²²–10²⁵ W/cm²量级的圆偏振激光脉冲的有质动力场可以直接加速并产生GeV–TeV的单能电子束, 其中被加速电子的能量与激光脉冲的峰值强度成线性定标关系. 为了获得更高能量的电子束, 通过对一维解析模型的分析得到: 如果电子束在激光传播的方向上具一个初始能量E₀, 那么这种线性的定标关系可以被打破, 被加速电子束最终的能量可以被放大E₀倍. 这是由于具有一定初始能量的电子束不容易被激光脉冲抛在后面, 进而获得更高的加速距离. 二维粒子模拟结果显示: 当电子束的初始能量E₀为MeV量级时这个方法是有效的, 而当E₀过大时这个方法失效. 这是因为当电子的加速距离远大于激光脉冲的瑞利长度时, 激光强度的衰减使得电子束的加速错过了最佳加速场.     

Spin-flip Raman laser

The properties of the spin-flip Raman laser (SFR laser) which depend on stimulated Raman scattering from mobile conduction electrons in InSb under an external magnetic field are presented. The essential parameters are derived from a macroscopic treatment of the stimulated Raman effect and the microscopic theory of the scattering cross-section, and are compared with experimental results. Output pulse powers as large as 1 kW have been measured for 10.6 and 5.3 μm excitation radiation and continuous powers of 1 W for continuous excitation with a 5.3 μm pump source. The SFR laser offers some interesting applications in physics and chemistry, since its frequency is proportional to the applied magnetic field and its linewidth can be made smaller than 1 kHz.     

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     

啁啾激光脉冲受激拉曼散射理论和粒子模拟

从入射光波、散射光波和等离子体波的三波耦合方程出发,推导小带宽频率啁啾对拉曼散射的影响.得到频率啁啾对拉曼背向散射有抑制作用,且背向散射不依赖于啁啾符号;正(负)啁啾对拉曼前向散射有微弱的增强(减弱)的作用.最后采用1D3V粒子模拟程序观测了不同啁啾参数下的受激拉曼散射现象,得到与理论分析一致的结果.     

准分子激光束的喇曼整形

受激喇曼散射可以将紫外准分子激光辐射频移到特定的近紫外和可见光波长.采用喇曼整形技术还可以获得衍射极限发散角的斯托克斯输出.本文研究了注入光束质量对喇曼整形的影响,并求得不同氢压力下的喇曼增益系数和饱和参量.     

准分子激光束的喇曼组束

受激喇曼散射可以将紫外准分子激光辐射频移到特定的近紫外或可见光波长,采用喇曼整形技术可以改善斯托克斯光的光束质量,本文报道喇曼组束提高喇曼整形效率的实验结果.     

一维动理学数值模拟激光与等离子体的相互作用

利用一维(1D3V)、显式、全电磁、相对论粒子模拟代码研究动理学范畴内激光与等离子体相互作用中的受激拉曼散射,给出了粒子代码的控制方程及其数值离散的详细方案,研究表明:动理学效应在受激拉曼散射不稳定性中十分重要;时问平均的反射率在阈值强度处跃升,在更高的激光强度处达到饱和;受激拉曼背向散射周期性地在次皮秒内爆发,离子效应延迟背向拉曼散射的发生;电子俘获导致了背向拉曼散射出现爆发;Langmuir波的非线性频移使得背向散射达到饱和。     

双折射光纤中拉曼效应对参量放大增益谱的影响

根据激光脉冲在光纤中传输时, 所满足的波动方程, 导出了拉曼效应和参量放大共同作用下, 在双折射光纤中所遵循的耦合模方程, 并引入平行拉曼增益的洛伦兹模型, 给出了输入抽运波偏振方向同双折射轴成45^o 时, 拉曼效应和参量放大共同作用所导致的增益. 讨论并分析了拉曼效应在不同色散区对参量放大增益谱的影响. 结果表明, 在考虑拉曼效应后, 使得参量放大斯托克斯波与反斯托克斯波增益谱彼此不对称; 在反常色散区, 产生的增益以反斯托克斯波为主, 正常色散区则以斯托克斯波为主.