飞秒激光辐照铝靶产生快电子发射的实验和模拟研究

采用实验和数值模拟研究了飞秒激光辐照铝靶产生的快电子发射。实验中,在主脉冲前加上一个预脉冲产生预等离子体,然后主脉冲与预等离子体作用产生快电子。在激光反射方向附近,实验测量的快电子束发射与数值模拟的结果高度地一致;在靶背面,发射的快电子的数目小于数值模拟的结果,原因在于快电子在靶内输运受到电荷分离场和碰撞的影响;在数值模拟中未出现的,沿靶表面发射的快电子束,是由表面准静态电磁场的禁闭效应产生。     

激光功率密度对Al膜靶后表面快电子发射的影响

 报道了在20 TW皮秒激光器上完成的p偏振激光与等离子体相互作用过程中产生的快电子的角分布和能谱测量结果。实验得到：当激光功率密度小于10¹⁷ W/cm²时,电子发射没有明显定向性,在激光入射面内多峰发射;当激光功率密度大于10¹⁷ W/cm2,小于10¹⁸ W/cm²时,电子主要沿靶面法线方向发射;当激光功率密度达到相对论强度时,电子主要沿激光传播方向发射;激光功率密度未达到相对论强度时,靶后表面法线方向快电子能谱拟合平均温度符合共振吸收温度定标率;激光功率密度达相对论强度以上时,靶后表面法线方向快电子能谱拟合平均温度高于已有的温度定标率。     

相对论飞秒激光辐照表面调制靶产生高定向性正电子束

激光驱动的正电子源具有高产额、短脉宽、高能量的优点。采用粒子模拟和蒙特卡罗模拟相结合的方法,对相对论飞秒激光与表面具有微米丝阵结构的调制靶相互作用产生正电子束的过程进行了全三维的模拟研究。结果表明,在激光能量约3.2 J、脉宽约为40 fs的情况下,可得到产额为10¹¹量级、最大能量达120 MeV的超热电子束,其轰击高Z转换靶可达到产额为10⁹量级、截止能量约50 MeV的正电子,且正电子的发散角仅为4.92°。相比于平板靶,表面调制靶的使用可以提高正电子的产额、能量和定向性。     

飞秒激光烧蚀铝靶产生喷射物的超快脉冲数字全息诊断

采用脉冲数字显微全息技术,对50 fs单脉冲激光烧蚀铝靶过程中的物质喷射以及等离子体演化的动态过程进行了实验研究,获得了高时空分辨的动态数字全息图.由全息图观察到了热弹力波引起的二次喷射现象,并且报道了大延迟下喷射物质对400 nm探测光所引起的干涉条纹的反常移动现象.通过对全息图进行数字再现,得到了不同延迟下探测光穿过等离子体后的二维相位分布,并运用逆Abel变换算法获得了等离子体折射率以及等效电子密度的时空演化动态过程.根据实验以及计算所得到的有关于喷射物的光学性质,对喷射物的结构和成分进行了分析.关键词：脉冲数字全息飞秒激光烧蚀超快时间分辨等离子体     

快电子发散角的实验测量

采用飞秒激光辐照铜靶,利用电子角分布仪和LiF热释光探测器测量了快电子发射的发散角.实验结果显示,快电子的发散角与激光入射角密切相关,随着激光入射角增加,快电子的发散角逐渐减小.在相同入射角条件下,加上预脉冲将导致快电子的发散角变小.这个结果为获取较小发散角的快电子束提供了实验参考.     

飞秒激光-等离子体相互作用中快电子能量分布

采用不同量程的电子谱仪与LiF热释光探测器相配合,测量了飞秒激光 等离子体相互作用中产生的快电子能量分布。结果显示快电子能量分布的一致性和多个重要特征与国外同类实验和计算机模拟结果相似。快电子能谱在低能处产生凹陷是由于冷电子的回流产生的;几种加速机制共同作用是能谱在100~350 keV范围内出现平台的原因;快电子的有效温度较好地满足共振吸收的温度定标律是由于反射激光加速与共振吸收机制均是通过朗道阻尼或波破对电子进行加速的。     

飞秒激光-等离子体相互作用中快电子能量分布

 采用不同量程的电子谱仪与LiF热释光探测器相配合,测量了飞秒激光 等离子体相互作用中产生的快电子能量分布。结果显示快电子能量分布的一致性和多个重要特征与国外同类实验和计算机模拟结果相似。快电子能谱在低能处产生凹陷是由于冷电子的回流产生的;几种加速机制共同作用是能谱在100~350 keV范围内出现平台的原因;快电子的有效温度较好地满足共振吸收的温度定标律是由于反射激光加速与共振吸收机制均是通过朗道阻尼或波破对电子进行加速的。     

LY12铝靶激光热烧蚀的实验研究

给出波长为1.06μm的两种脉冲持续时间的会聚激光束照射LY12铝靶的热烧蚀结果。由金相显微仪、扫描电镜观察获得的烧蚀坑孔的显微照片表明,在脉冲持续时间为1.6ms光束照射下。铝合金不仅产生强汽化,而且伴随着严重的液相冲刷效应,其热烧蚀率在焦点处为360～500μg/J,在焦前40mm处为45～140μg/J。而在脉宽100ns的单脉冲激光束照射下,铝合金产生强汽化,但未发生液相冲刷,热烧蚀率为4～10μg/J。     

激光-薄膜靶相互作用快电子和自生磁场的各向异性分布

采用飞秒激光与金属薄膜靶相互作用测量了快电子的空间分布。结果显示,快电子主要集中于激光反射方向和与激光成60°方向发射,呈现出明显地各向异性;其原因在于反射激光和共振吸收机制加速电子。采用OMA谱仪测量了飞秒激光与金属薄膜靶相互作用产生的二倍频散射光谱,由其伴线结构推算出的自生磁场大小为MG量级。结果显示,自生磁场的大小与快电子空间分布存在密切关联。初步估算由快电子发射形成的电流密度约 ,这与国外计算机模拟的电流密度基本一致,也许正是这个由快电子发射形成的强电流成为激发自生磁场的主要原因。     

铝靶电子温度空间分布实验诊断

电子温度是ＩＣＦ研究中最基本的物理参数,对于了解激光吸收、Ｘ光转换和协运等物理过程有着重要的物理意义。在星光Ⅱ装置（０．３５μｍ,７０Ｊ,７００ｐｓ）上,采用空辨晶体谱仪从发泡铝平面靶切向方向观测,得到了铝平面靶沿激光轴向方向发射的空间分施放线谱,理论上采用日晚模型计算,二者配合给出了铝靶电子温度分空间分布０．４ｋｅＶ～１．４ｋｅＶ。     

A magnetic-free high resolution parabolic mirror time-of-flight electron energy spectrometer

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｒｅｓｉｄｕａｌｅｎｅｒｇｙｏｆｉｏｎｉｚａｔｉｏｎｏｆａｔｏｍｓａｎｄｍｏｌｅｃｕｌｅｓｉｎｔｈｅｉｎｔｅｎｓｅｌａｓｅｒｆｉｅｌｄｈａｓｎｏｔｏｎｌｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｈｅｏｒｙｏｆｉｏｎｉｚａｔｉｏｎｂｕｔａｌｓｏｗｉｄｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ .Ｓｏｐｅｏｐｌｅａｆｆｏｒｄｍｕｃｈｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｏｒ…     

自旋密度光栅和本征GaAs量子阱中的电子自旋双极扩散

为研究空穴对自旋极化电子扩散的影响,提出用自旋密度光栅方法来观察电子自旋扩散过程。由飞秒激光在本征GaAs多量子阱中激发产生瞬态自旋光栅和瞬态自旋密度光栅,并用于研究电子自旋扩散和电子自旋双极扩散。实验测得自旋双极扩散系数Das ＝25.4 cm 2/s,低于自旋扩散系数Ds ＝113.0 cm 2/s,表明自旋密度光栅中电子自旋扩散受到空穴的显著影响。     

超短飞秒光脉冲产生技术

本文叙述了群速弥散补偿被动锁模环型染料激光器的特性;研究了产生极短飞秒光脉冲的条件和光脉冲强度分布的非对称性。该技术产生的最短光脉冲宽度为21 fs;光脉冲宽度可调范围从最短到500fs以上。实验和理论数据拟合证明光强分布为非对称双曲正割平方,非对称因子r在7到11之间。     

Interferometric measurement for the plasma produced by a Q-switched laser in air near the surface of an Al target

An analysis the plasma produced by a Q-switched laser in air near the surface of an Al target and a series of M-Z interferograms for the production and growth of the plasma for different delay time are reported. The causes of optical breakdown and calculated the electron density distribution in the plasma is also discussed.     

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     

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。     

深紫外激光光发射与热发射电子显微镜在热扩散阴极研究中的应用

对热扩散阴极表面微区发射状态进行原位观察和分析一直是热阴极研究的重要课题.本文着重介绍深紫外激光光发射电子/热发射电子显微镜的基本原理及其在热扩散阴极研究中的典型实例.系统配备了高温激活所用的加热装置,样品可被加热至1400℃.系统具有光发射电子、阴极热发射电子、光发射电子和阴极热发射电子联合三种电子成像模式.应用表明,对于热扩散阴极而言,深紫外激光光发射电子像适于呈现阴极表面的微观结构形貌;热发射电子像适于反映阴极表面的本征热电子发射及均匀性;光电子和热电子联合成像适于对阴极表面的有效发射点做出精确定位.     

飞秒激光脉冲产生研究

本文报导了一种用于超快速同步扫描诊断技术的高稳定CPM环型染料激光器,激光器通过多层电介质反射镜弥散进行啁啾补偿,激光器输出脉宽45fs。