激光与固体靶相互作用中低密度预等离子体对高能电子产生的影响

 对线极化、圆极化的超短超强激光脉冲与靶前有一段低密度预等离子体的固体靶的相互作用进行了理论和粒子模拟研究。激光通过有质动力加速机制加速预等离子体中的电子，研究了电子获得的最大能量随激光强度和预等离子体密度的变化。当激光脉冲与靶直接作用时，靶中的电子由于J×B机制而得到加速，所获得的能量比预等离子体中电子低。研究表明，在超短超强激光脉冲与固体靶相互作用中，预等离子体的存在有利于高能电子的产生。     

超热电子的产生与定向发射

在超短超强激光与等离子体相互作用的过程中，等离子体中的一部分电子通过各种机制吸收能量转变成为高能的超热电子．它们不仅是惯性约束核聚变“快点火”过程中的能量载体，对激光脉冲在等离子体中的传输、能量沉积、转化等一系列过程也都发挥着重要的作用．文章对超短超强激光与等离子体相互作用过程中超热电子产生的主要物理机制以及影响超热电子定向发射的因素进行了介绍．     

激光入射角对靶面方向超热电子发射的影响

实验研究了超短超强激光脉冲与薄膜靶相互作用中产生的超热电子角分布随激光入射角的变化.在靶面方向观测到一束方向性很好的高能超热电子.该高能超热电子束的电子数目随着激光入射角的增大而增大.对结果的分析表明，表面准静态磁场是导致表面电子产生的主要原因. 关键词： 超热电子 表面准静态磁场 超强激光脉冲与等离子体相互作用     

第四讲 超强激光脉冲与等离子体相互作用中高能离子的产生

近几年来，由于高功率激光技术的不断发展，利用超强激光脉冲与等离子体相互作用产生高能离子束的研究得到了极大推动．实验和理论模拟均发现，在超强激光脉冲与等离子体相互作用过程中，可以产生高亮度、小尺寸、方向性好的高能质子束和高能重离子束．这种基于超强激光的高能离子源在先进离子束成像技术、惯性约束聚变混合“快点火”、新型台面离子加速器以及医疗等方面都有很诱人的应用前景．文章主要介绍了超强激光与固体靶相互作用中高能离子束（尤其是质子束）的加速机制、高能离子束特性、常用测量方法及其潜在应用，并对最新的研究进展进行了简单介绍．     

台面激光核聚变中子源研究进展

通过超短脉冲激光与合适的介质相互作用,在普通光学实验室中可以产生聚变中子,经过特殊设计的固体靶结构和特殊安排的级联过程,亚ＴＷ激光即可引发光核反应产生中子,通过台面超强激光与固体靶相互作用利用对离子的自导通道径向加速机制,可获得较多的高能离子和较多的中子产率,由于超强激光辐照下大的团簇爆炸时可获得大量高能离子,团簇靶实验中实现的中子产率比相似激光能量的固体靶实验高两个量级,文章讨论了上述三种产生中     

薄膜靶整形强激光脉冲的理论分析和数值模拟

超强超短脉冲激光广泛应用于粒子加速以及新型X射线辐射源产生。较长的激光脉冲上升前沿直接影响激光应用效果。等离子体薄膜靶作为新型光学介质开关,可以有效降低超强激光脉冲前沿上升时间,优化激光等离子体相互作用参数。采用一维理论分析和粒子模拟方法研究了等离子体薄膜靶实现超强激光脉冲整形的机制。研究结果表明,薄膜靶通过对激光脉冲的非线性调制,可有效实现脉宽缩短和脉冲陡化;对比单层靶调制结果,选择参数优化的双层靶,可进一步优化脉冲整形效果,获得更短脉宽和更高振幅的激光脉冲;对于峰值振幅高于薄膜靶击穿阈值的超强激光,脉冲上升前沿可得到明显陡化,薄膜靶的击穿是产生这种脉冲整形效果的直接原因。     

超强激光场物理学

首先,评述了超强激光场的理论结果;其次,描述了超短光脉冲在密的气体和光学介质传播中的自作用;第三,评述了强场离化无碰撞等离子体中高度离化的离子产生,及高功率超短激光脉冲巨大强度的电场可用于电子加速;第四,分析了超短声脉冲和无线电脉冲的产生和应用,讨论了在不同条件下,激光辐射谐波和 Ｘ 射线激光的产生,进一步评述了超强激光脉冲与凝聚靶相互作用可以产生接近星体物质参数的高温、超密、强磁场和巨大压力等离子体;最后,简要叙述了激光激发核、核反应,高能电子─光子相互作用的可能效应及可能进行的实验。     

超强激光场物理学

首先,评述了超强激光场的理论结果;其次,描述了超短光脉冲在密的气体和光学介质传播中的自作用;第三,评述了强场离化无碰撞等离子体中高度离化的离子产生,及高功率超短激光脉冲巨大强度的电场可用于电子加速;第四,分析了超短声脉冲和无线电脉冲的产生和应用,讨论了在不同条件下,激光辐射谐波和 Ｘ 射线激光的产生,进一步评述了超强激光脉冲与凝聚靶相互作用可以产生接近星体物质参数的高温、超密、强磁场和巨大压力等离子体;最后,简要叙述了激光激发核、核反应,高能电子─光子相互作用的可能效应及可能进行的实验。     

数值模拟飞秒激光加热金属的热电子发射

研究了超短超强激光脉冲与薄膜靶相互作用中产生的电子热发射.当超短激光脉冲与薄膜靶相互作用时,首先入射超短脉冲激光对吸收深度内的自由电子进行热激发,接下来热激发电子将能量传递到附近的晶格,再通过电子和晶格二体系的热传导,以及电子晶格间的热耦合,将能量传递到材料的内部.因此,电子在皮秒级甚至更短的时间内不能与晶格进行能量耦合,使电子温度超出晶格温度很多,电子热发射就变得非常明显了.用双温方程联合Richardson-Dushman方程的方法对飞秒脉冲激光照射金属靶的电子热发射进行了研究,结果发现电子热发射对飞     

不同偏振态下的飞秒激光脉冲与铝靶相互作用中超热电子的产生

研究了P偏振、S偏振和圆(C)偏振态下亚相对论强度飞秒激光脉冲与铝靶相互作用时产生的超热电子的能谱和靶背向角分布，并对S偏振产生的超热电子的特殊角分布通过引入表面磁场的概念进行了定性解释. 关键词： 超短超强激光 等离子体 超热电子 表面磁场     

Tunable ultrashort laser pulses generated through filamentation in gases

Tunable and stable ultrashort laser pulses in the visible spectrum are generated with high efficiency by four-wave mixing process during the filamentation of near-infrared and infrared laser pulses in gases. It is shown that these tunable ultrashort pulses have a very low energy fluctuation and an excellent mode quality due to the processes of intensity clamping and self-filtering in the filament.     

Theory of laser ion acceleration from a foil target of nanometer thickness

A theory for ion acceleration by ultrashort laser pulses is presented to evaluate the maximum ion energy in the interaction of ultrahigh contrast (UHC) intense laser pulses with a nanometer-scale foil. In this regime, the ion energy may be directly related to the laser intensity and subsequent electron dynamics. This leads to a simple analytical expression for the ion energy gain under the laser irradiation of thin targets. Significantly higher energies for thin targets than for thicker targets are predicted. The theory is concretized with a view to compare with the results and their details of recent experiments.     

Generation and propagation of hot electrons in laser-plasmas

Hot electrons are generated in the interaction between intense ultrashort laser pulses with targets. The process depends on the laser intensity, polarization, incident angle, scale length of plasmas and target materials. In this paper, the recent progress on generation and propagation of hot electrons in non-relativistic and relativistic laser-plasma interactions at the Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, are reviewed.     

Ultrafast x-ray pulses emitted from a liquid mercury laser target

We report the generation of ultrashort, hard-x-ray pulses from a liquid mercury target irradiated by 5 kHz laser pulses. The new x-ray source is designed for time-resolved x-ray absorption spectroscopy as well as imaging applications. This marks the first laser-driven plasma x-ray source that continuously recycles the target material, facilitating maintenance-free operation. Theoretical calculations show mercury targets emit shorter x-ray pulses than targets of lighter elements under identical illumination and x-ray detection conditions.     

飞秒超短脉冲激光加热金属平面靶

从能流分析出发,对飞秒超短脉冲激光与金属平面靶相互作用的机制进行了理论研究,对其中主要物理过程的能流损耗作了详尽的分析,并根据一维,双温热扩散模型推导了自由电子温度随时间变化的函数关系.并从理论上推导了超短脉冲近似假设成立的脉宽范围和在此条件下自由电子所能达到的最高温度表达式.     

超短激光脉冲在等离子体中的分裂以及类孤子结构的形成

用一维粒子模拟研究了超短脉冲在等离子体中传播时产生的光孤子结构以及由此形成的脉冲分裂现象，比较了不同峰值强度和脉冲宽度对形成光孤子以及脉冲传播方式的影响.研究表明: 脉冲宽度在若干个到十几个振荡周期的超短脉冲在等离子体中可能形成高速传播的光孤子；脉冲宽度增加和强度增大两种方式都可以使得孤子结构的传播速度减慢,且由于高阶孤子的衰变使得初始激光脉冲在等离子体中发生分裂，形成两个以不同速度向前传播的孤子结构.由孤子阶数的理论计算可较好地预言激光脉冲在等离子体中分裂的子脉冲数. 关键词： 光孤子 超短激光脉冲 等离子体 粒子模拟     

Generation of high harmonics and attosecond pulses with ultrashort laser pulse filaments and conical waves

Results illustrating the nonlinear dynamics of ultrashort laser pulse filamentation in gases are presented, with particular emphasis on the filament properties useful for developing attosecond light sources. Two aspects of ultrashort pulse filaments are specifically discussed: (i) numerical simulation results on pulse self-compression by filamentation in a gas cell filled with noble gas. Measurements of high harmonics generated by the pulse extracted from the filament allows for the detection of intensity spikes and subcycle pulses generated within the filament. (ii) Simulation results on the spontaneous formation of conical wavepackets during filamentation in gases, which in turn can be used as efficient driving pulses for the generation of high harmonics and isolated attosecond pulses.     

超短脉冲激光照射下光栅Talbot效应的实验研究

理论上研究了超短脉冲激光照射下光栅的Talbot效应,得到了超短脉冲激光照射下光栅Talbot图像的性质.实验上采用严格的实验方法(频率分辨光学开关装置测量超短脉冲激光、反射式扩束系统对超短脉冲进行扩束)很好地验证了理论分析结果.理论分析和实验结果表明,超短脉冲激光照射下光栅的Talbot图像的对比度会显著下降,而且超短脉冲激光的脉宽越短,Talbot距离越大,Talbot图像的对比度会进一步下降.