激光脉冲波形优化与材料压缩特性

结合快点火靶丸预压缩涉及的基本物理问题,分析了驱动激光脉冲波形对材料压缩过程的影响,并利用辐射流体力学程序MULTI模拟了不同激光波形下的材料压缩情况。结果表明:通过调节激光脉冲波形,优化激光初始强度、激光强度开始上升时间和上升速度,控制压缩过程中的熵增,可以获得更高的材料压缩度。     

负啁啾高强度飞秒脉冲在正常色散材料中传输特性研究

利用块状正常色散材料作非线性介质，实验研究了负啁啾强激光飞秒脉冲在正常色散材料的传输过程中，脉冲波形及频谱随入射脉冲能量的变化特性.实验发现，负啁啾脉冲经过材料后激光光谱在被整形和压缩的同时，脉冲宽度也被压缩.实验获得的压缩脉冲宽度短于相等光谱宽度下的双曲正割转换极限脉冲宽度.数值模拟结果显示，在实验条件下模拟结果具有同样的变化特性. 关键词： 飞秒脉冲 自压缩 负啁啾 自聚焦     

圆偏振光和线偏振光在正常色散材料中的时空自压缩

实验研究了圆偏振和线偏振高强度飞秒激光脉冲在正常色散材料中传输时的时空自压缩现象。实验中利用BK7玻璃作为正色散材料,比较研究了不同偏振入射情况下脉冲波形及频谱的变化规律。圆偏振光入射时,可以获得更短脉冲宽度的压缩脉冲和更窄的光谱宽度。在圆偏振光入射条件下,50 fs入射脉冲成功地自压缩到了19 fs,获得了大于2.5倍的压缩倍率。所以利用圆偏振光可以获得更短压缩脉冲,更大能量,更好光束质量的激光。     

ZnSe-ZnS多层量子阱光学双稳态器件

本文报道了以YAG三倍频激光为光源时,在用MBE生长的ZnSe-ZnS多量子阱材料制成的F—P标准具光双稳器件上观察到的脉冲压缩效应。根据入射脉冲波形和透射脉冲波形得到了该器件的双稳回线。     

飞秒激光脉冲在正色散固体材料中的自压缩

实验研究了正色散固体介质中的激光脉冲自压缩现象,证明了无需任何外加色散补偿情况下，固体透明介质中的自聚焦传输过程可使高功率飞秒激光脉冲实现时域脉冲压缩，并详细研究了输出脉冲的时域和频域特性随入射脉冲强度的演化规律.实验结果表明脉冲自压缩量随入射脉冲强度的增加呈递增趋势，然而当入射光强增大到足以引起超连续谱及锥形辐射产生时，脉冲时域形状会发生分裂.此外还发现发散光束入射情况下同样可以观察到脉冲自压缩现象. 关键词： 超短激光脉冲 脉冲压缩 非线性传输     

高温烧蚀初始印记及其瑞利-泰勒不稳定性发展的研究

直接驱动惯性约束聚变中,高温烧蚀初始印记在压缩过程的不稳定性发展中起着重要作用.利用X射线针孔辅助点投影成像法,研究了不同波形激光脉冲驱动下CH平面靶及其瑞利-泰勒不稳定性发展的情况.结果表明,在相同驱动激光能量作用下,初始阶段激光强度越低,上升越缓慢,高温烧蚀初始印记引起的密度调制幅度越大.提高预脉冲强度能显著抑制高温烧蚀初始印记效应. 关键词： 高温烧蚀初始印记 激光脉冲形状 瑞利-泰勒不稳定性 针孔辅助点投影     

飞秒抽运随机激光输出波形的可控性研究

本文基于随机激光的时域理论,研究了飞秒脉冲抽运下二维随机激光的辐射特性,并着重讨论了抽运脉冲的峰值强度、脉宽和脉冲波形对辐射光时域波形的影响.结果表明, 辐射光的时域波形强烈依赖于抽运光脉冲的参数,通过调整抽运方式可以控制辐射光的输出波形.数值模拟结果为研究随机激光输出波形的可控性技术提供了理论依据. 关键词： 激光物理 随机激光器 飞秒抽运 脉冲波形     

不同偏振飞秒激光经块状材料传输后的脉宽压缩

实验研究了线偏振和圆偏振状态下的飞秒强激光脉冲在块状材料中的传输过程。不同偏振的激光脉冲在传输过程中得到了不同程度的光谱展宽,经色散补偿后,脉冲时域宽度均得到了压缩。详细分析了压缩脉冲的脉宽以及啁啾情况与入射激光脉冲能量之间的关系,比较了飞秒激光在线偏振及圆偏振情况下的不同压缩效果。在线偏振入射光情况下得到了最短21fs的压缩脉冲宽度,在圆偏振情况下得到的最短脉冲宽度为22fs。实验结果表明,这种光谱展宽与色散补偿方式对圆偏振光同样适用,而且圆偏振的入射激光将更有利于对更高能量的脉冲进行压缩。在色散补偿量相同的情况下,压缩效果随入射脉冲能量变化的规律符合理论估计。     

在相对论性激光-等离子体系统中初始物理参数对激光脉冲的影响

基于相对论性激光-等离子体动力学理论，研究了相对论性激光-等离子体系统中圆偏振入射脉冲激光和等离子体相互作用对激光脉冲宽度的影响. 具体分析了在不同初始物理参数下脉冲激光的脉冲宽度在等离子体传播过程中的变化情况，重点分析了激光脉冲在等离子中压缩. 计算结果表明增加入射激光的强度和入射脉冲宽度以及减小等离子体的初始密度，能够有效地实现脉冲宽度在等离子体中压缩；当激光脉冲的初始参数a₀=0.12和τ=70以及等离子体密度n₀=0.3时，脉冲宽度相对压缩T/τ接近于1/10，从而给出了激光压缩的理论优化参数. 关键词： 相对论性激光-等离子体 激光脉冲宽度 等离子体密度 自压缩     

激光脉冲在等离子体中的压缩分裂

通过数值求解一维非线性薛定谔方程,研究了圆偏振入射激光脉冲在初始密度范围为1/4到略低于1倍临界密度的等离子体中的自压缩和分裂现象. 提高等离子体密度和入射激光强度以及减小脉冲宽度可以在更短的传输距离获得有效的激光脉冲压缩,压缩后的脉冲半高宽度可达到初始脉冲半高宽度的1/35,甚至更小. 这种压缩是激光脉冲在等离子体中形成高阶孤子的过程中产生的,可以获得比在稀薄等离子体中更好的压缩比例. 数值计算的结果给出了该情况下激光脉冲在等离子体中自压缩后形成的高阶孤子分裂. 利用一维粒子数值模拟程序(particle-in-cell,PIC)也观察到了脉冲的压缩和分裂现象,得到了与数值计算一致的结果. 关键词： 非线性薛定谔方程 自压缩 脉冲分裂 粒子模拟     

基于神光Ⅲ原型装置的激光加载条件下准等熵压缩实验研究进展

激光加载条件下的准等熵压缩实验逐渐受到重视.在间接驱动方式下,利用气库靶的方式可以获得准等熵压缩的实验数据.自由面速度和界面速度是两种常用的准等熵压缩诊断对象.气库靶驱动准等熵压缩方式效率较低,但是对打靶激光的强度变化不敏感.长脉冲打靶的直接驱动方式驱动效率较高,但对激光强度变化非常敏感.基于神光Ⅲ原型装置,本文介绍了气库靶驱动的准等熵压缩实验靶型、部分实验结果,并分析了实验中的关键技术,为气库靶驱动准等熵压缩实验技术提供了思路.同时,介绍了长脉冲直接驱动准等熵压缩实验的靶型、典型实验结果,并分析了致盲效应的影响.利用激光直接驱动的方式,获得了三台阶Al/LiF界面的加载过程.该数据是目前国内使用该技术获得的最好数据.通过这些实验结果,证明了在神光Ⅲ原型上开展准等熵压缩实验的可行性.     

The study of the wake field effects on the self-focusing and the compression of the laser pulse in plasma at the relativistic regime by Lagrangian method

The trial function in the variational-Lagrangian method is a fundamental method to explain the essential features of the laser pulse evolution in the plasma. Self-focusing behavior and compression of the laser pulse in plasma are analyzed, for both low and high intensity regimes. It is shown that the compression threshold depends on both pulse intensity and pulse length. In particular, in both regimes, the compression threshold is directly proportional to the pulse length. This is while this threshold is directly, in the linear regime, and inversely, in the nonlinear regime, proportional to pulse intensity. In the present work, the existence of oscillations is revealed, with a behavior akin to laser pulse width. Finally, the effects of pulse intensity, pulse length, and plasma density on compression are analyzed.     

Phonon–particle coupling effects in odd–even double mass differences of magic nuclei

It has been proposed to use the formation of a magnetized plasma of laser-accelerated ions and electrons at the irradiation of the curved surface of the inner cavity of the target by a petawatt laser pulse to initiate a neutronless nuclear reaction of protons with boron nuclei. The possibility of an additional increase in the intensity of the reaction owing to the compression of the plasma at the irradiation of the outer surface of the target by a second terawatt laser pulse synchronized in time with the plasma-forming pulse has been discussed. The parameters of laser pulses and a target have been determined at which the ignition of a pB plasma occurs; i.e., the energy released in reactions is equal to the energy of the plasma.     

XeCl准分子激光能量提取研究

在高功率准分子激光系统建设中,希望能获得较短的脉冲宽度和尽量多的激光能量。实验研究了不同注入水平下,脉冲时间间隔对脉冲链放大波形和放大器提取效率的影响;基于四能级速率方程和准分子反应动力学建立了准分子激光放大模型,计算了多种注入方式下种子光的放大过程,对关键参数给出了量化描述,得到与实验相符的计算结果。研究结果显示:脉冲序列间隔为9.3 ns时,可获得约95%的连续注入情形下放大能量;对该准分子激光系统来讲,9.3 ns是比较合适的脉冲间隔。     

XeCl准分子激光能量提取研究

在高功率准分子激光系统建设中,希望能获得较短的脉冲宽度和尽量多的激光能量。实验研究了不同注入水平下,脉冲时间间隔对脉冲链放大波形和放大器提取效率的影响;基于四能级速率方程和准分子反应动力学建立了准分子激光放大模型,计算了多种注入方式下种子光的放大过程,对关键参数给出了量化描述,得到与实验相符的计算结果。研究结果显示:脉冲序列间隔为9.3ns时,可获得约95%的连续注入情形下放大能量;对该准分子激光系统来讲,9.3ns是比较合适的脉冲间隔。     

Laser ion-acceleration scaling laws seen in multiparametric particle-in-cell simulations

The ion acceleration driven by a laser pulse at intensity I= 10(20)-10(22) W/cm(2) x (microm/lambda)(2) from a double layer target is investigated with multiparametric particle-in-cell simulations. For targets with a wide range of thickness l and density n(e), at a given intensity, the highest ion energy gain occurs at certain electron areal density of the target sigma = n(e)l, which is proportional to the square root of intensity. In the case of thin targets and optimal laser pulse duration, the ion maximum energy scales as the square root of the laser pulse power. When the radiation pressure of the laser field becomes dominant, the ion maximum energy becomes proportional to the laser pulse energy.     

200 Hz高重复频率SBS脉宽压缩实验研究

受激布里渊散射(SBS)脉宽压缩是实现高峰值功率、短脉冲激光输出的重要途径之一,然而,目前SBS脉宽压缩仅限于1~10 Hz低重复频率激光器,限制了高重频短脉冲激光器在激光雷达、空间碎片探测以及目标成像等领域的应用。基于此,开展了高重复频率下的SBS脉宽压缩实验研究。设计搭建了高重复频率的主振荡放大激光器,开展了SBS二次级联脉宽压缩和SBS振荡放大双池脉宽压缩实验。通过SBS二次级联压缩实现了脉冲宽度从~32 ns压缩到~1.9 ns,脉宽压缩比达16倍;而通过SBS振荡放大双池结构实现了脉冲宽度从~4 ns压缩到376 ps,脉宽压缩比达10倍。实验结果表明,采用该超净封闭型SBS相位共轭镜,在Stokes光输出能量达50 m J时,无光学击穿现象,实现了在200 Hz高重复频率下的SBS脉宽压缩。     

Multi-stage pulse compression by use of cascaded quadratic nonlinearity

In this paper, the multi-stage compression of picosecond pulses by cascaded quadratic nonlinearity is studied theoretically, and the dependence of pulse compression on phase-mismatch, laser intensity, and crystal characteristics has been discussed in detail. We demonstrate that the multi-stage pulse compression is much more efficient than the single-stage with a same total crystal length. Pulses as short as ∼150 fs can be generated by compressing 30-ps initial pulses in a two-stage configuration under the realistic crystal and laser conditions, and shorter pulses of ∼30 fs may be obtained by three-stage compression. Pulse compression performances with BiBO and BBO crystals are compared and discussed finally.     

超短超强激光脉冲辐照超薄碳膜电离状态研究

为了进一步理解极端条件下物质的电离特性, 特别是超短超强激光脉冲辐照超薄靶时等离子体的形成与分布, 本文以超薄碳膜为例, 细致研究了超短超强激光脉冲辐照下原子的离化过程. 分析和比较了强激光场直接作用电离和靶内静电场电离等两种场致电离形式, 在碰撞电离可以忽略的情况下, 发现更多的电离份额是来自靶内静电场的电离方式. 研究了激光脉冲强度对电离的影响, 发现激光脉冲强度越强, 电离速度越快, 产生的高价态离子所占比例也越高.当激光强度为1×10²⁰ W/cm²时, 尽管该强度高于电离生成C⁺⁶所需要的激光强度阈值, 但该激光脉冲并不能将整个靶电离成C⁺⁶离子, 对此本文进行了详细的分析. 在研究激光脉冲宽度的影响时, 发现激光脉宽越小, 电离速度越快, 但越小的激光脉冲电离获得的高价态离子越少.