强激光与等离子体相互作用中沿靶表面发射的高能超热电子

在强激光与等离子体相互作用研究中,文章作者从实验上首次观测到沿靶面方向发射的高能超热电子束.该电子束只有在等离子体电子密度标长较短的条件下才会出现.数值模拟表明,靶表面电磁场的约束作用是产生这束电子的主要原因.这一结果有助于加深对激光惯性约束聚变快点火实验中的锥靶物理过程的理解,并有潜在的应用前景.     

强激光与等离子体相互作用中沿靶表面发射的高能超热电子

在强激光与等离子体相互作用研究中，文章作者从实验上首次观测到沿靶面方向发射的高能超热电子束．该电子束只有在等离子体电子密度标长较短的条件下才会出现。数值模拟表明，靶表面电磁场的约束作用是产生这束电子的主要原因。这一结果有助于加深对激光惯性约束聚变快点火实验中的锥靶物理过程的理解，并有潜在的应用前景。     

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     

近相对论强度激光与薄膜靶相互作用中靶厚度对超热电子发射方向的影响

研究了近相对论强度的激光脉冲与薄膜靶相互作用中，靶厚度对超热电子发射方向的影响.实验发现，随着靶厚度的增加，靶后超热电子的发射方向向靶的法线方向移动，同时电子束的发散角变大.结果分析表明，靶背面电荷分离场强度的变化是影响电子发射方向的主要原因. 关键词： 飞秒激光脉冲 超热电子 靶厚度     

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超热电子的角分布

 用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验。采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布。测量结果显示：能量较高的电子发射的定向性好于能量较低的电子；能量较低的电子呈溅射状发射；能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰，其中，激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果，靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生，且理论预言与实验结果相吻合。     

超短超强激光与固体靶相互作用中超热电子的角分布

用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验。采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布。测量结果显示：能量较高的电子发射的定向性好于能量较低的电子;能量较低的电子呈溅射状发射;能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰,其中,激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果,靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生,且理论预言与实验结果相吻合。     

强激光与柱腔靶作用下准直高能电子束的产生

利用二维PIC粒子模拟程序研究了超短超强激光脉冲与柱腔靶相互作用产生的表面超热电子加速现象。采用光强为1021 W/cm2量级的超高斯激光脉冲掠入射进入柱腔靶,在靶的内壁上观察到了GeV量级的表面超热电子。超热电子束被准静态的电场和磁场约束在内壁表面附近,保证了电子束的准直性,发散角仅为1.6°;并且由于超热电子束在纵向激光电场中加速了mm级的距离,激光到高能电子(100 MeV)的转换效率达到了26.6%。另外,通过多参数模拟和理论解析讨论了激光的光强以及横向空间分布对这种表面超热电子加速的影响。     

强激光与柱腔靶作用下准直高能电子束的产生

利用二维PIC粒子模拟程序研究了超短超强激光脉冲与柱腔靶相互作用产生的表面超热电子加速现象。采用光强为1021 W/cm2量级的超高斯激光脉冲掠入射进入柱腔靶,在靶的内壁上观察到了GeV量级的表面超热电子。超热电子束被准静态的电场和磁场约束在内壁表面附近,保证了电子束的准直性,发散角仅为1.6;并且由于超热电子束在纵向激光电场中加速了mm级的距离,激光到高能电子（100 MeV）的转换效率达到了26.6%。另外,通过多参数模拟和理论解析讨论了激光的光强以及横向空间分布对这种表面超热电子加速的影响。     

强激光与等离子体相互作用中低频电磁场孤子波的产生及其捕获

用二维粒子模拟程序研究了超短脉冲强激光与等离子体相互作用中局域低频电磁场的产生现象.这种低频电磁场在超短脉冲激光激发尾波场、脉冲后沿产生频率下移的过程中形成.通常它们的振荡频率接近于或低于电子等离子体振荡频率，因而被捕获在等离子体中(即传播速度接近于零).在演化过程中，通常它们以孤子场的形式出现.这种孤子波的形成及其演化与离子运动有极大关系.用相对论强激光脉冲可以产生达到相对论振幅的电磁场孤子波，后者可以把离子加速到非常高的能量.研究还表明，在二维几何位形下，孤子波产生与入射光的偏振态有很大关系.     

五阶非线性对啁啾超短脉冲间相互作用的影响

基于包含五次复系数的高阶Ginzburg Landau方程为模型,采用分步傅里叶方法数值研究了啁啾类超短脉冲间的相互作用。结果表明:相邻孤子之间的相互作用对五阶非线性效应非常敏感,即使参数改变很小的值,也会改变其传输特性。适当地选择五阶非线性参数值,能够很好地抑制孤子间的相互作用,提高光纤传输的比特率。当相邻孤子的初始间距为6.8,五阶非线性参数值取-0.001时,可以实现2个孤子长距离的保型传输。最后讨论了五阶非线性作用下多孤子之间的相互作用及抑制。     

强激光与固体靶作用产生的表面电子加速和辐射研究

利用单电子在固体靶表面准静态电磁场中运动的模型和非线性汤姆孙散射理论,研究了以大角度斜入射的强激光照射在固体靶表面产生的沿靶面方向发射的高能超热电子的运动及其产生的电磁辐射脉冲. 数值模拟表明,靶表面的电子在靶面附近的准静态电磁场和反射的激光场中作振荡. 当电子振荡频率接近激光频率时,电子被有效加速,被加速的电子主要沿靶面方向运动并产生向前的阿秒脉冲辐射. 讨论了电子在加速前的不同初始速度分布对辐射脉冲的时间和空间特性的影响,模拟了不同初始状态的多电子相干辐射脉冲的频谱特性. 关键词： 表面准静态电磁场 超热电子 阿秒脉冲 相干辐射     

电子在超短激光脉冲修正场中的动力学特性研究

给出了一种精确描述超短、紧聚焦激光脉冲的新方法，其思路是根据两个无量纲小量ε=1/(ω0t0)和s=1/(k0w0)（其中ω0=ck0为中心振荡频率，t0为脉冲延迟时间，w0为激光束腰半径）进行展开来计算脉冲的高阶修正场.在激光束近轴近似表达式的基础上，给出了高斯脉冲一阶修正场的解析表达式，并研究发现其振幅和相位相对于零阶修正场（即长脉冲近似）的修正量都在ε的量级甚至更小.另外对电子在超短高斯脉冲一阶修正场中的动力学特性研究发现：对于ω0t0>20的情况，零阶修正场可以正确地描述电子被光场加速的特性；当ω0t0<20时，则需要采用高阶修正场. 关键词： 超短激光脉冲 激光加速     

近共振区超短强激光脉冲激发的等离子体尾波场

用一维相对论粒子模拟研究了相对论超短强激光脉冲在等离子体中传播时激发的尾波场,初步获得了近共振区尾波场的峰值幅度随激光脉冲宽度变化的特点,发现在近共振区等离子体波激发出现增强。通过准静态近似下尾波激发的一维非线性方程数值求解,并与粒子模拟结果比较,得到了该非线性方程的适用范围：当激光脉冲宽度小于等离子体波波长的4倍时,该方程所得结果与粒子模拟结果一致;而当激光脉冲宽度大于该数值时,该方程不再适用。     

Chirping and spreading of ultrashort laser pulses in underdense plasmas

A linear theory on the propagation of ultrashort pulses including only a few cycles in underdense plasmas is presented. It is shown that the dispersion in plasmas causes severe distortions in the pulse shape, including pulse chirping and spreading. The analytical calculations coincide very well with those obtained by particle-in-cell (PIC) simulations. The upper limit of the peak amplitude of the pulses, above which the linear theory breaks down due to the setting in of nonlinear effects of both the relativistic electron-mass increase and ponderomotive force, is also examined by PIC simulations. At certain high amplitudes, it is found that the ultrashort laser pulses can propagate like solitons.     

超短超强激光实验伴生电磁脉冲的模拟研究

靶室腔体谐振产生的电磁辐射是超短超强激光与靶相互作用实验中生成的电磁脉冲(EMP)来源之一。基于有限元分析方法,对靶室腔谐振产生电磁脉冲和电磁脉冲通过窗口向外传播这两个过程进行仿真模拟。前者模拟获得空腔和含结构模型谐振时特征磁场,结果显示内部结构对电磁场强度分布和谐振频率有显著影响;后者模拟结果显示,窗口外侧电场强度比窗口内侧高约40%,而且电磁脉冲传播到靶室外后呈球面波形式扩散并衰减。对电磁脉冲的强度衰减规律进行了分析,得到该衰减曲线的拟合函数。     

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