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.     

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。     

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。     

金锥对靶背向超热电子分布的影响

 采用20 TW啁啾脉冲放大的ps激光辐照金锥靶和平面靶,对靶背向产生的超热电子角分布和能谱进行了实验研究。结果表明:金锥对超热电子的产生具有重要的影响。与平面靶情况相比,锥形靶靶背向产生的超热电子数量增加,电子能量为2.0~2.5 MeV的超热电子数目有大幅度增长;锥形靶背向超热电子的空间发散角大于平面靶,这是由于啁啾脉冲放大激光所固有的较高脉冲前沿产生的预等离子体造成的影响。     

超热电子能量分布的实验和模拟研究

 采用LiF探测器堆测量了飞秒激光-薄膜靶相互作用中超热电子产生的剂量。根据电子在LiF中的质量碰撞阻止本领,理论上计算出了超热电子的能量分布;在相同实验条件下,数值模拟结果与实验测量结果较好地一致,证明了实验测量的可靠性。理论分析显示,共振吸收是激光-薄膜靶相互作用中电子加速的主要机制。     

超热电子能量分布的实验和模拟研究

采用LiF探测器堆测量了飞秒激光-薄膜靶相互作用中超热电子产生的剂量。根据电子在LiF中的质量碰撞阻止本领,理论上计算出了超热电子的能量分布;在相同实验条件下,数值模拟结果与实验测量结果较好地一致,证明了实验测量的可靠性。理论分析显示,共振吸收是激光-薄膜靶相互作用中电子加速的主要机制。     

腔靶内超热电子的实验研究

介绍了利用１０道滤波荧光谱仪（简称Ｆ．Ｆ．谱仪）测量新型腔靶中超热电子产生的硬Ｘ光能谱，并结合ＧａＡｓ阵列探测器测量硬Ｘ光角分布，给出了腔外硬Ｘ光总能量，同时用Ｆ．Ｆ．谱仪测量结果与其同方位的ＧａＡｓ探测器测量结果比对，两者在误差范围内是一致的。在Ｆ．Ｆ谱仪和ＧａＡｓ探测器两者数据比较自洽的情况下，并与后向受激拉曼散射光特征量比较，得出了：（１）腔靶内超热电子不是各向同性均匀分布的，大部分超热电子沿着入射激光光轴方向运动；（２）腔内大部分超热电子与冷介质（腔壁）发生库仑作用产生硬Ｘ光。     

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     

超短超强激光与固体靶相互作用中背表面光发射的实验研究

从金属箔背表面测量了超热电子穿越固体靶产生的光发射.光发射积分成像图案呈圆环状，在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号确定为光学渡越辐射；光发射光谱在300—500nm之间出现一系列非周期锐利尖峰，在400nm（2ω）附近的尖峰较明显，这个光发射取决于v×B加 热机制产生的超热电子束的微束团引起的相干渡越辐射，(v为电子电度，B为磁场强度)，光 强随靶厚度的增加而减小. 关键词： 超热电子 光发射 光学渡越辐射 v×B加热机制 相干渡越辐射     

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.     

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。     

超短脉冲激光与乙醇微滴相互作用中超热电子的双叶状角分布

测量了聚焦光强为1016W/cm2的超短脉冲激光与乙醇微滴相互作用中产生的能量大于50?keV的超热电子的角分布和电子能谱.观察到的超热电子角分布明显依赖于激光的偏振特性，在与激光偏振平面平行的平面上超热电子相对于激光入射方向呈对称的双叶状分布.超热电子的能谱显示超热电子的最大能量大于750?keV.以上超热电子的角分布可用一个基于共振吸收机制的模型加以解释. 关键词： 超短脉冲激光 超热电子 微滴 共振吸收