超热电子的产生与输运背向辐射的实验研究

报道了在100TW fs激光器上采用电子磁谱仪和光学CCD积分成像相机分别对激光-固体靶相互作用在靶背方向产生的超热电子能谱及其光学渡越辐射进行的测量。能谱测量结果显示：超热电子能谱呈单温类-麦克斯韦分布,拟合的温度为107keV;光学渡越辐射(OTR)测量结果显示：OTR是由于超热电子输运穿越固体靶所致,而辐射区域呈圆盘状、有发散角、有光强分布;如果考虑超热电子的产生和加热机制,则占主导地位的加热机制是共振吸收对电子的加热。     

超热电子的产生与输运背向辐射的测量

报道了在20TWfs激光器上采用电子磁谱仪和光学CCD积分成像相机分别对激光固体靶相互作用在靶背方向产生的超热电子能谱及其光学渡越辐射进行的测量。能谱测量结果显示:超热电子能谱呈双温类麦克斯韦分布,拟合的温度分别为90和280keV,平均温度为185keV,这与已知的温度定标率较好地吻合。光学渡越辐射测量结果显示:光学渡越辐射是由于超热电子输运穿越固体靶所致,而辐射区域呈圆盘状、有发散角、有光强分布。如果考虑超热电子的产生和加热机制,则占主导地位的加热机制是共振吸收对电子的加热。     

利用渡越辐射研究超热电子输运

自快点火概念提出以来，与快电火概念相关的物理研究已成为激光惯性约束聚变研究的前沿热点问题。对于惯性约束聚快点火方案，超热电子的产生和输运及能量沉积研究是目前最受关注的课题之一。因为超短超强激光产生的超热电子电流很大（有时远远超过Alfven极限），持续时间短，涉及高密度，在输运中伴随着强烈的电场和磁场。再加之Wibel不稳定性的成丝效应，都将严重影响超热电子的输运和能量沉积效率，使得快点火涉及到的超热电子输运和能量沉积的物理过程变得异常复杂。超热电子产生、输运涉及到固体密度等离子，因此高密度区的输运过程实验探测就显得非常重要。     

超热电子产生的靶后相干渡越辐射光谱实验研究

利用OMA光学多道分析仪测量了激光与薄膜靶相互作用中产生的辐射光谱，在靶后观察到红移的二次谐波发射. 这种二次谐波是v×B加热产生的、具有微脉冲结构的超热电子束在等离子体-真空边界产生的相干渡越辐射(CTR). 随着激光能量的增大，红移峰向长波方向移动，光谱同时发生展宽. 分析认为，等离子体临界面的迅速膨胀是导致二次谐波红移的主要原因. 随着预脉冲能量的增大，临界面膨胀速度增大，导致了发射峰更大的红移. 实验还测量了靶面法线方向的辐射光谱，观察到基频辐射的红移和展宽. CTR为诊断临界面的运动方向和速度提供了一种新的方法. 关键词： 相干渡越辐射 超热电子 超短超强激光 等离子体相互作用     

利用渡越辐射研究超热电子在固体靶中的输运过程

为了探索超热电子的输运过程，在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪，分别在靶背表面法线方向测量了光发射空间分布图案和光谱. 实验测量结果显示，光发射空间分布图案呈圆盘状，在圆盘中明亮而强的光信号呈局部化分布，该现象表明，超热电子在输运的过程中存在成丝效应，引起严重的不稳定性；光发射光谱在3倍频和3/2倍频附近出现尖峰，分别是3次谐波和3/2次谐波，这一现象归因于超热电子束在传输的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射(CTR)；光发射光强随靶厚度的增加而减小. 关键词： 超热电子 相干渡越辐射 输运 不稳定性     

不同加热机制产生的超热电子的相干渡越辐射谐波研究

利用不同加热机制产生的超热电子所导致的相干渡越辐射(CTR)在谐波分量强度比上的不同，给出了区分飞秒激光等离子体相互作用产生超热电子过程中的主要与次要加热机制的一种可能方法.得到了加热周期不同的加热机制所产生超热电子的比例与CTR谐波分量的二倍频和一倍频的强度比之间的具体关系式.如果在实验上测到此谐波分量强度比，就可以推出不同加热机制在加热过程中所起作用的大致比例关系.另外，CTR谐波分量的强度比还与超热电子的温度、实验上所使用靶的厚度有一定依赖关系，对此作了较为详细的讨论. 关键词： 相干渡越辐射 超热电子 加热机制     

超热电子输运背向光辐射的实验研究

在100TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学CCD相机和光学多道分析仪,分别在靶背法线方向测量了超热电子光辐射的空间分布和光谱.测量结果显示：光辐射空间分布图案呈圆环状,而辐射区域有发散角和光强分布,且包含多种辐射成分.光辐射光谱在800nm附近出现尖峰,是激光的基频(ω₀)波,这一现象归因于超热电子束在输运的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射(CTR).随着激光能量的增加,CTR光谱峰向红光方向移动,基频波红移的主要原因是由于等离子体临界面的迅速膨胀.如果考虑超热电 关键词： 超热电子 光辐射 共振吸收 红移     

超热电子产生Kα辐射的参数影响

 超短超强激光与固体靶相互作用,可以产生大量的Kα特征谱线发射。这种Kα线光源在背光照相、医学成像和超快诊断等方面具有显著优势。为了寻求获得Kα线高产额的方法,利用ITS蒙卡模拟程序,对超短超强激光产生的超热电子在固体靶中产生的Kα线发射进行了模拟。系统研究了Kα线发射强度随出射角度、靶厚度和超热电子温度等参数的变化情况。研究发现在恒定的激光功率密度或超热电子温度下,存在最佳的靶厚度,使得Kα线光子产额最大,并用模拟结果对已有实验数据进行了解释。     

超热电子产生Kα辐射的参数影响

超短超强激光与固体靶相互作用,可以产生大量的Kα特征谱线发射。这种Kα线光源在背光照相、医学成像和超快诊断等方面具有显著优势。为了寻求获得Kα线高产额的方法,利用ITS蒙卡模拟程序,对超短超强激光产生的超热电子在固体靶中产生的Kα线发射进行了模拟。系统研究了Kα线发射强度随出射角度、靶厚度和超热电子温度等参数的变化情况。研究发现在恒定的激光功率密度或超热电子温度下,存在最佳的靶厚度,使得Kα线光子产额最大,并用模拟结果对已有实验数据进行了解释。     

飞秒激光-金属薄膜靶相互作用中靶前后超热电子能谱的比较

采用电子谱仪测量了飞秒激光-金属薄膜靶相互作用中靶前和靶后产生的超热电子能谱.结果显示：靶前超热电子能谱的峰出现在约430 keV处，靶后超热电子能谱的峰出现在约175 keV处；靶前超热电子的有效温度分别为218 keV和425 keV，靶后超热电子能谱出现“软化”现象，其有效温度分别为96 keV和347 keV.靶前和靶后超热电子能谱明显不同是由于超热电子输运穿越过密等离子体和冷材料的靶，并在靶后建立Debye鞘，鞘电场使靶后超热电子能谱峰向低能端移动，鞘电场和自生磁场导致靶后超热电子能谱产生“软化”，估算出的鞘电场小于激光电场.     

利用渡越辐射研究超热电子束的传输特性

为了探索超热电子束的传输特性,利用光学CCD相机在靶背法线方向测量了光学渡越辐射积分成像图案。实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行,飞秒激光与固体靶作用后,靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD狭缝上。在厚度为20 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现较平滑的圆形结构,而且中心亮度高于周围,这包含了非相干与相干渡越辐射的成分,与理论模拟结果接近;在厚度为100 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现出星状结构,光斑较小,与高能质子发射出现的星状结构极其相似;在复合靶背表面观测到渡越辐射光斑虽然也呈现大致的圆形结构,但光斑较大,而且极不均匀,中间有很明显的光斑分裂。     

飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子能量分布的实验研究

用3TW飞秒激光器研究了激光-固体靶相互作用中产生的超热电子的能量分布.超热电子构成各向异性的能量分布：在靶法线方向，超热电子能谱呈类麦克斯韦分布，拟合的温度约为206keV，该方向占主导地位的加速机理是共振吸收；在激光反射方向，超热电子能谱先是出现一个局部的平台，然后逐渐衰减，呈现非类麦克斯韦分布，这是由于几种加热机理共同作用的结果，其中占主导地位的是反射激光对电子的加速.在靶法线方向超热电子的温度和产额均大于激光反射方向超热电子的温度和产额，证明共振吸收机理对电子的加速更有效. 关键词： 飞秒激光 等离子体 超热电子 能谱     

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。     

利用渡越辐射研究超热电子束的传输特性

 为了探索超热电子束的传输特性,利用光学CCD相机在靶背法线方向测量了光学渡越辐射积分成像图案。实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行,飞秒激光与固体靶作用后,靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD狭缝上。在厚度为20 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现较平滑的圆形结构,而且中心亮度高于周围,这包含了非相干与相干渡越辐射的成分,与理论模拟结果接近;在厚度为100 μm的Ta靶背表面观测到渡越辐射光斑呈现出星状结构,光斑较小,与高能质子发射出现的星状结构极其相似;在复合靶背表面观测到渡越辐射光斑虽然也呈现大致的圆形结构,但光斑较大,而且极不均匀,中间有很明显的光斑分裂。