超强激光等离子体中钻孔效应的二维粒子模拟

 当非均匀超短脉冲强激光照射均匀分布的过稠密等离子体时, 相对论效应导致电子质量增大,相对论电子等离子体频率减小,激光能更深地进入等离子体产生强烈吸收。由于入射激光的径向不均匀性,钻孔效应显著。通过二维粒子模拟结果清晰地观察到了等离子体通道的产生。     

等离子体密度标长对高次谐波转换效率的影响

通过等离子体粒子模拟研究了在强激光与等离子体相互作用产生高次谐波的过程中,等离子体密度标长对转换效率的影响,计算了在不同密度标长下p偏振非相对论强度激光与高密度等离子体相互作用产生高次谐波的转换效率,发现等离子体密度标长对转换效率有重要的影响,这种影响与谐波级次,等离子体密度,激光脉冲宽度有关。     

相对论激光在Maxwell分布等离子体中产生的高次谐波

 研究了强激光与具有初始速度分布的等离子体作用产生的高次谐波。结果表明，对于Maxwell速度分布的等离子体，由于电子初始时刻的无规则热运动，在一定程度上抹平了辐射功率在谐波谱上的分布，使得高次谐波的辐射增强，低次谐波的辐射有所减弱，有利于高次谐波的产生。     

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.     

激光等离子体相互作用的数值模拟

 基于激光等离子体相互作用的复杂物理过程的数学模型，采用PIC方法分别研究了P极化和S极化非均匀短脉冲强激光入射均匀分布的稠密等离子体时引起的空泡、成丝等物理现象。模拟了激光脉冲在真空中的3维传播形貌。由3维密度分布图发现：激光产生的巨大的有质动力向两侧推动粒子，形成等离子体密度通道；当激光脉冲入射等离子体区域后，纵向加速的电子速度峰值出现在电流峰值处。     

飞秒强激光与欠稠密等离子体相互作用中的二次谐波辐射

对超短超强激光脉冲 (45fs,6× 10 17W /cm2 )与光致电离氦气形成的欠稠密等离子体相互作用中的二次谐波辐射进行了实验研究。测量了多种打靶强度的飞秒激光脉冲与不同气体密度氦气相互作用的二次谐波光谱 ,得到在欠稠密等离子体中二次谐波辐射与打靶激光能量的关系 ,分析了产生二次谐波辐射产生的物理机制 ,在考虑了强短脉冲激光电离气体产生的等离子体径向电子密度梯度因素 ,基于非线性作用过程的理论预期曲线与实验结果较好地吻合     

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.     

强激光和稠密等离子体相互作用产生的三次谐波

研究了超强激光和均匀及线性梯度高密度等离子体相互作用产生的三次谐波，特别研究了等离子体密度为四倍临界密度时的情形，这可能是用相对论效应产生高效谐波的最佳密度。     

超强激光作用下相对论电子振荡所导致的谐波辐射

研究发现，在超强激光作用下电子运动的相对论效应可导致高次谐波辐射，采用单电子模型计算分析了不同偏振微光作用下的高次谐波发射，表明圆偏振激光较线偏振激光更有利于高次谐波产生。     

不同激光等离子体条件下的阿秒光脉冲产生

通过一维粒子模拟研究了利用相对论少周期强激光与固体密度等离子体表面相互作用实现单个孤立阿秒光脉冲产生的参数条件。主要研究描述相互作用的多维参数,如激光强度、入射角和等离子体标尺长度等,对相对论高次谐波能量转换效率和孤立阿秒光脉冲分离度的影响。研究发现,虽然激光等离子体参数对阿秒光脉冲产生的影响是复杂的,但是存在着能够实现大能量孤立阿秒光脉冲的最佳等离子体标尺长度和最佳入射角。当其他相互作用条件确定时,使用中等强度的相对论强激光可以在较宽的参数范围内实现孤立的阿秒光脉冲。大角度入射时,孤立阿秒光脉冲的分离度较高,能够实现孤立阿秒光脉冲的相互作用参数范围也较宽。     

部分相干源实验研究

 在无阶梯诱导空间非相干光束平滑技术中，用作前端的部分相干源是重要的组成部分。介绍了利用准分子激光进行的部分相干源实验，发现聚四氟乙烯是一种较理想的散射材料。研究了聚四氟乙烯散射源对光束的散射性能，给出了光束均匀性、空间相干性和能量转换效率等参数。     

Measurement of sensitivities for the thermal recording of laser beams

A simple technique for determining the energy sensitivities for the thermographic recording of laser beams is described. The principle behind this technique is that, if a laser beam with a known spatial distribution such as a Gaussian profile is used for imaging, the radius of the thermal image formed depends uniquely on the intensity of the impinging beam. Thus by measuring the radii of the images produced for different incident beam intensities the minimum intensity necessary (that is, the threshold) for thermographic imaging is found. The diameter of the laser beam can also be found from this measurement. A simple analysis based on the temperature distribution in the laser heated material shows that there is an inverse square root dependence on pulse duration or period of exposure for the energy fluence of the laser beam required, both for the threshold and the subsequent increase in the size of the recording. It has also been shown that except for low intensity, long duration exposure on very low conductivity materials, heat losses are not very significant.     

脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮等离子体特性研究

采用光栅光谱仪 对脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮过程中产生的等离子体空间分辨发射光谱进行了测量. 研究了500–600 nm波段范围内的等离子体空间发射光谱强度随激光平均功率和脉冲重复频率的变化情况. 结果表明: 等离子体辐射光谱强度在其径向膨胀方向上距离砂轮表面约2.4 mm处达到最大值. 在局部热力学平衡假设条件下, 根据等离子体中六条铜原子谱线的相对强度, 利用Boltzmann 图法, 计算得到在不同激光功率和重复频 率条件下的等离子体电子温度沿砂轮径向方向的分布规律. 实验结果表明: 在激光修锐青铜金刚石砂轮过程中, 距离砂轮表面约3 mm处等离子体电子温度出现峰值, 其温度最高可达4380 K, 且等离子体电子温度随着激光参数和 空间位置的改变呈现出不同的演变规律. 关键词： 脉冲光纤激光 等离子体发射光谱 激光修锐 电子温度     

诱导空间非相干束匀滑技术的近区特性及改善技术

诱导空间非相干技术是面向激光驱动惯性约束核聚变的一种具有自身独特优势的束匀滑方法.然而直接使用诱导空间非相干方法将引起强烈的近区强度空间调制,这将威胁装置的运行安全,并严重限制装置的最大输出能力.这也是该方法应用于聚变级高功率激光装置的主要技术障碍之一.本文介绍了一种通过双透镜滤波系统对诱导空间非相干束匀滑技术导致的近区空间强度调制进行匀滑的技术.利用该技术可以在保留诱导空间非相干束匀滑方法的先天优势(更好的远区匀滑特性)的前提下,获得均匀、稳定的近区强度分布,从而避免高功率激光系统在使用诱导空间非相干束匀滑技术时,因为近区强度不均匀、不稳定导致的器件损伤及输出能力受限.在理论建模和数值分析的基础上,以近区调制度、软化因子和透过率为主要评价指标,对比分析了方形、圆形、高斯型等3种滤波孔在不同尺寸下的近区输出效果,最终给出了一种典型的优化结果:16×16诱导空间非相干分割数、0.8倍衍射极限宽度、方形小孔.此时近区强度分布均匀,同时保证了较好的远区匀滑效果和高的能量利用率.在此基础上,针对装置的实际应用情况,进一步分析了准直误差对近区强度分布的影响,结果表明准直误差小于0.1倍衍射极限便不会影响输出的近区质量.对诱导空间非相干束匀滑方法所得焦斑的模拟分析表明,滤波系统的加入能进一步改善焦斑的低频不均匀性.     

热图法测量激光强度时空分布的重构理论研究

为了把量热法应用于远场激光强度时空分布测量,研究了基于热像仪靶面温度测量反演入射激光强度时空分布的重构理论。针对背光面两种不同边界条件(对流-辐射热流边界和恒定温度边界)推导出了由靶面温度分布反演激光束时空分布的重构表达式。获得的分析表达式对广泛的材料具有适用性。通过引入广义参量F0=α/L2,分别就F0》1和F0《1情况给出了重构近似表达式,并对满足F0》1条件的回推算法进行了数值模拟验证。数值结果表明,两种背光面边界条件下回推得到的激光束时空分布与原始激光束达到了很好的一致,但存在一与靶材傅里叶数相关的最小起始回推时间τ0。成果可用于强激光远场参量测量设备的研制。     

拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响

用拼接小尺寸多层介质膜衍射介质膜衍射光栅的办法制作大口径的高破坏阈值光栅成为解决拍瓦激光系统输出能量的关键技术———光栅拼接技术。拼接的每个光栅都存在五维自由度的偏差,对激光脉冲的空间特性和时间特性产生影响。用夫琅禾费衍射的方法分析了拼接光栅的偏差对光束空间特性的影响,建立了偏差和远场强度分布之间的函数关系并用数值方法进行模拟,得出角度偏差对光束远场分布的影响可以忽略,而位移偏差:光栅间拼缝和前后位移偏差是影响光束远场分布的关键因素。     

时-空域波形优化延伸高次谐波截止能量的研究

在高次谐波发射三步模型的指导下,理论研究了三色场时-空域波形调控对谐波截止能量的影响．在时域调控下,通过改变三束激光场的强度比、相位和延迟时间获得了最佳的三色场时域波形．在该波形下,谐波截止能量得到最佳延伸．在空间调控下,在上述最佳波形的基础上选择适当的正向激光非均匀效应后,谐波截止能量得到了进一步延伸．并且,随着非均匀参数增大,谐波截止能量也可持续增大．通过分析激光波形、空间非均匀效应和谐波发射过程给出了谐波截止能量延伸的原因．并且,通过叠加部分谐波可获得脉宽为45as的单个脉冲．     

激光靶耦合过程中的激光能量沉积方程

 激光聚变靶物理研究用激光强率I随空间的变化来反映激光能量的沉积。目前激光靶物理研究使用的激光能量沉积方程在临界面处发散,讨论了造成这一非物理结果的原因,给出了合理的激光强度方程,并讨论了新旧两种激光强度方程对激光吸收的影响。     

二元振幅型面板用于光束空间整形

为了提高高功率激光系统的整体效率和充分利用光能,需要对前端注入的高斯光束进行空间整形,实现驱动器终端激光的均匀化输出.采用振幅型二元面板对激光光束进行空间强度整形,利用误差扩散法进行了理论设计,数值摸拟了整形效果,同时讨论了面板加工误差以及空间滤波器的小孔大小等因素带来的影响.根据理论设计,分别加工了反高斯透射率分布和抛物线透射率分布的二元面板,并进行了整形实验,实现了各自的整形功能,并做了误差分析.实验让明二元面板能对激光光束的空间强度分布实现了精确的整形.     

光学透明材料中瞬态SBS过程的数值研究

建立了描述噪声起振和Stokes种子光辅助起振的SBS（受激布里渊散射）理论模型，利用变步长有限差分方法数值求解了一维瞬态后向SBS耦合波方程组，得到了抽运光和散射光光强以及介质密度变化量的时空分布；研究了Stokes激光场对SBS反射率以及发生阈值的影响，发现Stokes种子光的存在大大减短了SBS过程的起振时间，并且在抽运光脉冲宽度固定的情况下使SBS的发生阈值大幅度降低；最后，探讨了瞬态受激布里渊过程对光学材料破坏的可能性并对今后的工作进行了展望. 关键词： 光学透明材料 受激布里渊散射 斯托克斯种子光 反射率