相对论热等离子体中电子声波的非线性频移

研究了相对论电磁波在热等离子体中传播时的色散特性以及由于非线性电子声波激发引起的电子声波的非线性频移。基于相对论激光在热等离子体中传播的电磁流体物理模型,采用流体的非线性频移理论,利用微扰法得到了描述相对论激光与热等离子体相互作用时谐波产生的非线性频移方程。结果表明,等离子体密度、电子温度和一阶谐波振幅是决定相对论热等离子体中非线性频移的主要因素。在弱激发下,非线性频移随着电子温度和一阶谐波振幅的增大而增大,等离子体密度抑制非线性频移。电子声波非线性频移对等离子体密度和电子温度的依赖表现出了强烈的非线性特征。研究结果为深入理解高能量激光与热等离子体相互作用中谐波的产生及引起的非线性频移提供了理论依据。     

不同微场分布函数对Stark加宽和频移的影响

分别采用Holtsmark,Neutral Point,Nearest-Neighbor和Mayer模型微场分布函数对Stark线型进行了研究,进而得到相应微场函数下的Stark加宽和频移,研究了4种不同的微场分布函数对Stark加宽和频移的影响。研究结果表明,在电子加宽参数不变时,4种微场分布函数对Stark加宽和频移的影响随离子加宽参数的增加而增加;在离子加宽参数不变时,4种微场分布函数对Stark加宽和频移的影响随电子加宽参数的增加而增加;特别是,当离子加宽参数较大时,Mayer模型微场分布函数对Stark加宽和频移的影响异常明显。这说明,微场分布函数对谱线的加宽和频移的影响在离子与离子碰撞剧烈的等离子体环境中尤其显著, 在这样的等离子体环境中,进行等离子体诊断时,选择合适的微场分布函数非常重要。结果对等离子体诊断有一定参考价值。     

由激光等离子体细丝引起的二次谐波侧向空间分辨谱

本文从实验上,用窄频带和宽频带激光,在无预脉冲和有预脉冲两种情况下,辐照平面Al靶.在垂直入射激光方向观察到高光谱分辨(～0.2?)和空间分辨(～2μm)的二次谐波空间分辨谱.通过分析各种现象,基本上证明了在垂直入射激光方向的二次谐波辐射是由激光与等离子体细丝相互作用所引起的,而不是由平面波与等离子体相互作用引起的,理论和实验基本一致.     

利用谐波光谱的伴线结构测量自生磁场

在飞秒激光与固体靶相互作用中,利用OMA光学多道分析谱仪,在靶前表面激光镜反方向测量了激光的二次谐波(2ω₀)光谱和三次谐波(3ω₀)光谱,观测到了红移的2ω₀光谱和3ω₀光谱的伴线结构。在激光功率密度为～1018 W·cm-2的条件下,通过2ω₀和3ω₀谐波光谱的伴线结构,回推出激光与等离子体相互作用中产生的自生磁场均小于1 MGs。随着激光功率密度的增大,谐波谱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和三次谐波红移的主要原因。随着预脉冲功率密度的增大,临界面膨胀速度增大,导致了谐波光谱峰更大的红移。自生磁场的测量为诊断临界面的运动方向和速度提供了新的依据。     

相对传播的双脉冲激光与薄膜靶作用产生的强单色谐波

研究了相对传播的双脉冲激光与薄膜靶的作用,观察到很强的谐波产生.其物理图像是:圆偏振高对比度强激光脉冲作用于薄膜靶,由光压推动产生的高密度等离子体靶向前运动,同时由于电荷分离场的作用,使得离子束和电子束在纵向上都有好的聚束,从而产生以相对论速度向前运动的等离子体镜;反向入射一个探测光到已被加速的等离子体镜上,由多普勒频移产生强的单色N次谐波,探测光脉冲被"压缩"至原来的1/N.还讨论了激光和等离子体参数对等离子体镜的运动和谐波级次的影响,以及相对论运动等离子体镜的稳定性对谐波的影响.     

用于激光等离子体实验的X光晶体谱仪

在激光等离子体实验中,用晶体谱仪可获得高温等离子体所发射的X光谱。本文介绍我们设计和使用的X光晶体谱仪的原理、结构及晶体衍射参数,谱仪的线色散率,谱线加宽和谱仪窗口等有关参数,并给出了摄谱的典型结果。     

超短脉冲强激光与固体靶作用产生的高次谐波红移

用一维粒子模拟程序研究了超短脉冲强激光与超临界密度等离子体平板作用产生的高次谐波。分析了振荡镜面模型所不能解释的伴随高次谐波出现的频率红移现象。通常激光与固体靶作用中的高次谐波是由于激光从振荡靶面的反射产生的.除此之外，相对论光强的激光与固体靶作用还应考虑光压对靶的烧蚀推进作用，这时激光相当于从一个移动的振荡靶面反射，所以产生了带有红移的高次谐波. 关键词： 红移 超短脉冲强激光 高次谐波 粒子模拟     

平面、薄膜及凹槽靶激光等离子体的参数分布特性与其靶结构关系的实验研究

本文报道最近在中国科学院上海精密光学机械研究所六路高功率激光装置上对平面、薄膜及凹槽靶激光等离子体的实验结果。诊断结果表明,激光等离子体各参数的空间分布与其靶结构有着十分密切的关系。讨论了各种靶激光等离子体的电子温度、密度及离化态分布的特点并与理论计算的结果进行了初步的比较。     

利用H_β线的Stark加宽计算激光诱导Cu等离子体的电子密度

在潮湿空气中,用Nd:YAG脉冲激光器产生的1.06 μm激光烧蚀金属Cu靶产生等离子体,并观测了其空间分辨的发射光谱.依据光谱线波长、相对强度等参数估算了沿靶面法线不同位置等离子体的电子温度.在此基础上,由H_β线的Stark加宽、分别用三种方法计算得到等离子体的电子密度.讨论了电子温度和电子密度沿靶面法线的空间分布特征.结果分析表明:利用环境气体的谱线测量复杂元素等离子体电子密度的方法是可行的.在距离靶面1.0 mm的空间位置附近电子温度骤然降低、电子密度具有最大值的现象可以从激光诱导等离子体产生机制的角度得到定性解释.     

空气中激光等离子体通道的三次谐波光谱特性研究

对不同条件下强激光在空气中形成等离子体通道的三次谐波光谱特性进行了研究。单脉冲能量12 mJ,脉宽30 fs,重复频率10 Hz,中心波长795 nm的飞秒激光脉冲经0.5 m焦距的凹面镜聚焦,在空气中形成了等离子体通道, 并在前 向观测到谱线半峰全宽（FWHM）为15 nm的三次谐波。随着脉冲啁啾的变化,三次谐波的光谱出现红移或兰移,当激光脉冲附带+1.3×105fs2的二阶色散时,三次谐波谱线红移且谱峰强度增长了两倍。同时 ,通过改变可编程声光色散滤波器（AOPDF）光谱调制的位置（Hole position）,三次谐波的光谱也发生频移。     

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     

相对论圆偏振激光与固体靶作用产生高次谐波

超短超强激光与固体靶表面等离子体相互作用可以通过高次谐波的方式产生从极紫外到软X射线波段的相干辐射,获得飞秒甚至阿秒量级的超短脉冲,可用于观测原子或分子中的电子运动等超快动力学过程.本文实验研究了相对论圆偏振飞秒激光与固体靶相互作用的高次谐波产生过程,实验结果表明,在较大入射角下,圆偏振激光也可以有效地产生高次谐波辐射.通过预脉冲控制靶表面的预等离子体密度标长,发现高次谐波的产生效率随密度标长的增加而单调下降.进一步通过二维粒子模拟程序,分析了激光的偏振以及预等离子体密度标长对高次谐波产生的影响,很好地解释了实验观测结果.     

利用Hβ线的Stark加宽计算激光诱导Cu等离子体的电子密度

潮湿空气中,利用Nd:YAG脉冲激光烧蚀Cu靶获得等离子体发射光谱,依据谱线波长和相对强度等信息计算了等离子体的电子温度;在此基础上,分别用三种方法由Hβ线的Stark加宽计算得到电子密度,并对结果进行了比较分析,证实：对于电子密度在1015~1016cm-3范围内的等离子体,用Hβ谱线测量电子密度是可靠的. 讨论了等离子体电子温度和电子密度在垂直于靶面方向的空间分布,并从产生机制的角度解释了等离子体的传播过程.     

1.053μm激光照射金平面靶产生的散射光谱实验研究

 测量了1.053μm激光照射金平面靶时产生的3ω_0/2谐波散射光的时间积分谱,由红移峰和蓝移峰的波长推算出双等离子体衰变区域的电子温度以及nc/4 区域的等离子体膨胀速度,即离子声速。实验结果和不稳定性饱和机制预言的结果有良好的自洽性。     

激光等离子体中3/2ω_0谐波的实验观测

测量了激光产生的等离子体中3/2ω_0谐波的发射。结果表明,在靶面功率密度为10~(14)W/cm~2量级的情况下,3/2ω_0谐波发生蓝移,蓝移量约为70A。谐波本身加宽量为26A,随靶面功率密度增加,加宽量亦略有增大。     

空气中YAG激光诱导Cu等离子体空间特性的研究

在空气中利用Nd:YAG脉冲激光诱导金属Cu靶,产生激光等离子体羽,并获得等离子体羽的空间谱;研究了空间谱线结构;分析了不同空间位置处电子温度和电子密度的空间演化规律;并对等离子体光谱的特性和产生机制进行了讨论.结果表明:谱线结构、谱线强度和等离子体的电子温度及电子密度都与空间位置变化密切相关,特征谱强度最大值出现在距靶面0.75～1.0mm的空间位置处,此处CuⅠ谱线相对强度最强,在1.25mm空间位置处的电子温度比周边的电子温度偏低,但此处电子密度反而升高,这种现象可以由级联效应得到解释.     

空气中YAG激光诱导Cu等离子体空间特性的研究

在空气中利用Nd: YAG脉冲激光诱导金属Cu靶,产生激光等离子体羽,并获得等离子体羽的空间谱;研究了空间谱线结构;分析了不同空间位置处电子温度和电子密度的空间演化规律;并对等离子体光谱的特性和产生机制进行了讨论. 结果表明：谱线结构、谱线强度和等离子体的电子温度及电子密度都与空间位置变化密切相关,特征谱强度最大值出现在距靶面0.75-1.0mm的空间位置处,此处CuⅠ谱线相对强度最强,在1.25 mm空间位置处电子温度比周边的电子温度偏低,但此处电子密度反而升高,这种现象可以由级联效应得到解释。     

强场物理中自生磁场的实验研究

为了获得飞秒激光与固体靶相互作用中自生磁场的大小与空间分布情况, 利用光学多道分析（OMA）谱仪（谱分辨0.1nm ）加电荷耦合器件（CCD）相机（11521242）探测设备, 用消色差的相机镜头作为空间分辨,在固体靶前表面测量了激光的高次谐波（n0）光谱, 观测到了n0光谱的精细结构及其频率间隔,由此推出激光与固体靶相互作用中产生的等离子体内的自生磁场达60-70特斯拉（T）量级, 且越接近靶法线方向磁场越强,其一维空间分布为环形。 这一结果为进一步研究强场物理中自生磁场的特性及等离子体的整体行为提供了依据。     

微波与非均匀等离子体相互作用过程中坑子的形成与谐波发射

在稳态的等离子体装置中，利用微波和等离子体的相互作用，模拟了激光等离子体过程，研究了这个非线性相互作用过程中产生的坑子(caviton)，观察了坑子幅度增长，衰减及传播的演化过程。同时利用数值计算求解了在实验条件下的Zakharov方程，得到与实验较为符合的结果。实验测量了在相互作用过程中的二次谐波发射谱，并用参量衰变过程分析了二次谐波的频率红移。     

从3ω0／2,2ω0谐波观察X光激光等离子体状态

本文简单介绍了在Ｘ光激光实验中，用３ω０／２，２ω０谐波散射时间谱来观察Ｘ光激光等离子体密度时间特性。实验中观察到薄膜锗靶和厚猪明显不同的３ω０／２谐波时间特性，在厚锗靶中观察到Ｘ光激光的产生与３ω０／２，２ω０谐波的发存在着密切的关系。