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。     

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。     

飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射空间分布特性

采用单电子模型研究了不同偏振、不同强度飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射的空间分布特性。研究发现:随着激光强度的增加,对圆偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由全空间分布变为前向双叶型结构,而对线偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由类似于偶极天线辐射特性的四重对称双叶结构变为双重对称三叶型结构,这可以为实验研究电子的辐射提供空间分布的相关依据。     

飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射空间分布特性

 采用单电子模型研究了不同偏振、不同强度飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射的空间分布特性。研究发现:随着激光强度的增加,对圆偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由全空间分布变为前向双叶型结构,而对线偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由类似于偶极天线辐射特性的四重对称双叶结构变为双重对称三叶型结构,这可以为实验研究电子的辐射提供空间分布的相关依据。     

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     

BEPCII横向束流反馈系统的梳状滤波器

BEPCII是一个多束团、大流强的装置, 由于高频腔的高次模和电阻壁阻抗等因素，不可避免地会出现束流不稳定性。BEPCII中采用束流反馈系统来抑制束流不稳定性。横向束流反馈系统主要包括前端电子学、信号处理电子学、反馈器件和放大器等几个部分。梳状滤波器是信号处理电子学的重要部件，利用两根长短不同的电缆以及一个功分器和合成器构成了一种简单有效的梳状滤波器，其梳状深度达到-41 dB，使用这种梳状滤波器的横向反馈系统成功地抑制了束流中出现的不稳定性。     

Observation of a fast electron beam emitted along the surface of a target irradiated by intense femtosecond laser pulses

A novel fast electron beam emitting along the surface of a target irradiated by intense laser pulses is observed. The beam is found to appear only when the plasma density scale length is small. Numerical simulations reveal that the electron beam is formed due to the confinement of the surface quasistatic electromagnetic fields. The results are of interest for potential applications of fast electron beams and deep understanding of the cone-target physics in the fast ignition related experiments.     

飞秒激光空气等离子体发射光谱的实验研究

对强飞秒激光聚焦在空气中所激发的等离子体的发射光谱进行了实验研究.结果表明,光谱特征表现为短波段(截至波长为340 nm)强烈的连续谱和长波段(波长在800 nm附近)强度相对较低的线光谱.在脉冲宽度(50 fs)保持不变而不断调节激光脉冲能量时,等离子体光谱形状的特征基本相似;当激光脉冲能量(1 mJ)保持不变而脉冲宽度从50 fs增加至500 fs和1 ps时,连续谱的峰值(500 nm)显得格外突出,并开始呈现出线光谱特征. 关键词： 飞秒激光 激光空气等离子体 发射光谱 线光谱