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。     

飞秒激光渡越辐射时间特性的实验研究

为了探索渡越辐射（TR）的时间特性,在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学条纹相机,在靶背表面法线方向测量了TR时间分辨成像光斑。实验测量结果显示：TR时间分辨成像光斑呈长条状,而辐射区域有发散角、有光强分布。 TR信号强而快,持续时间短,为ps量级,最先到达屏幕上。其他成分光辐射信号弱而慢,持续时间长,为ns量级,最后到达屏幕上。TR的时间特性能为鉴别和判断TR信号提供了新的依据。

     

飞秒激光渡越辐射时间特性的实验研究

为了探索渡越辐射（TR）的时间特性，在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学条纹相机，在靶背表面法线方向测量了TR时间分辨成像光斑。实验测量结果显示:TR时间分辨成像光斑呈长条状，而辐射区域有发散角、有光强分布。 TR信号强而快，持续时间短，为ps量级，最先到达屏幕上。其他成分光辐射信号弱而慢，持续时间长，为ns量级，最后到达屏幕上。TR的时间特性能为鉴别和判断TR信号提供了新的依据。     

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。     

渡越辐射的研究

本文对渡越辐射的理论、实验及其应用等方面的情况做了较详细的综述;分析了影响渡越辐射强度的一些不利因素;对进一步改善渡越辐射的质量,提高渡越辐射强度等问题进行了讨论。     

光学渡越辐射电子束发散角二维拟合数值分析

光学渡越辐射具有良好的方向性,通过对光学渡越辐射空间分布曲线进行拟合可以对束流发散角进行计算。采用理论计算的方法,分析了电子入射到金属-介质界面时,入射角变化对光学渡越辐射二维空间分布的影响。计算分析表明,光学渡越辐射在特定偏振方向上的分布并不仅仅由电子束在该方向的发散角分量决定,同时还受到其他方向发散角分量的影响。计算对比了电子束散角一维分布和二维分布模型下光学渡越辐射空间分布的差异。结果表明,采用一维分布模型拟合计算的电子束均方根发散角存在偏差,较二维分布拟合结果偏小。     

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     

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     

光学渡越辐射电子束发散角二维拟合数值分析北大核心CSCD

光学渡越辐射具有良好的方向性,通过对光学渡越辐射空间分布曲线进行拟合可以对束流发散角进行计算。采用理论计算的方法,分析了电子入射到金属-介质界面时,入射角变化对光学渡越辐射二维空间分布的影响。计算分析表明,光学渡越辐射在特定偏振方向上的分布并不仅仅由电子束在该方向的发散角分量决定,同时还受到其他方向发散角分量的影响。计算对比了电子束散角一维分布和二维分布模型下光学渡越辐射空间分布的差异。结果表明,采用一维分布模型拟合计算的电子束均方根发散角存在偏差,较二维分布拟合结果偏小。     

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     

飞秒激光固体靶相互作用中超热电子的输运特性

 实验研究了在100 TW掺钛宝石超短超强脉冲激光装置上完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子的输运特性,获得了超热电子的能谱、产额、注量及超热电子在靶内输运能量沉积范围。测量结果表明:超热电子的注量和总能量随靶厚度的增加而减少,超热电子约80％的能量主要沉积在靶内的前约一个激光脉冲宽度的范围内,且能量沉积范围随激光脉冲宽度的增加而增加,这主要是静电场的影响所致。     

Characteristics of terahertz coherent transition radiation generated from picosecond ultrashort electron bunches

This paper presents a method of generating terahertz (THz) coherent transition radiation (CTR) from picosecond ultrashort electron bunches including single and train bunches, which are produced by a photocathode radio frequency gun. The radiation characteristics of THz CTR including formation factor and energy spectrum are analysed in detail. With the help of a 2-dimensional particle-in-cell simulation, the radiation characteristics including power, energy and magnetic field are analysed. The results show that the radiation frequency can be adjusted by tuning the repetition frequency of the train bunch and the energy can be enhanced with the train bunches.     

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。     

超强飞秒激光与固体靶产生的超热电子加热机制

 在SILEX-1激光器上测量了超强飞秒激光与Ta靶相互作用产生的出射超热电子能谱及角分布,研究了出射超热电子加热机制。激光脉宽为 30 fs,激光功率密度为8.5×10¹⁸ W/cm²。靶前法线方向超热电子温度为550 keV。从实验结果可知：共振吸收是靶前法线方向超热电子主要加热机制,这与靶前存在大密度标长预等离子体的实验条件吻合。靶厚为6～50 μm时,靶后超热电子沿法线方向出射;靶厚为2 mm时,该发射峰消失。     

Coherent transition radiation from thin targets irradiated by high intensity laser pulses

A theoretical examination on coherent transition radiations (CTR) from the surface of thin solid density target irradiated by high intensity laser is presented. The theory is extended to consider the expansion dynamics of thin foils. The motion of target surfaces leads to the modulation on the temporal structure of micro bunches in the electron beam as well as the spectrum of CTR. The spectral shifts of radiation are owing to the enhancement of electron bunch separation and the relativistic Doppler effects. The radiation power distribution is strongly affected by the temporal coherence of electron beam structure, so thus the electron temperature and velocity dispersions. With these effects accounted for, the spectral properties of coherent transition radiation can provide insights into the expansion of thin foil targets irradiated by intense laser pulse as well as the fast electron transport through it.     

飞秒激光与固体靶相互作用中光辐射时间特性的实验研究

为了探索光辐射的时间特性, 在100 TW掺钛蓝宝石飞秒激光器上利用光学条纹相机, 分别在靶背表面法线方向测量了光辐射的时间积分和时间分辨成像光斑. 实验测量结果显示: 光辐射时间积分成像光斑呈长条状, 而辐射区域有发散角、有光强分布, 包含多种辐射成分; 光辐射的时间分辨成像光斑进一步证明, 渡越辐射(TR) 是信号强而快, 持续时间短, 为皮秒(ps) 量级, 是最先到达屏幕上, 并推算出相应的持续时间为85.5ps. 其他成分光辐射是信号弱而慢, 持续时间长, 为纳秒(ns) 量级, 是最后到达屏幕上. 光辐射的时间特性能为鉴别和判断TR信号提供了新的依据.     

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107 keV;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.