短脉冲强激光打靶产生的质子角分布实验研究

 采用短脉冲强激光辐照固体双层薄靶的方式对质子束的产生及质子束角分布开展了实验研究。在SILEX-Ⅰ短脉冲激光装置上利用脉宽为30 fs的强激光辐照背面镀有CH膜的金膜靶,在距离靶背3.3 cm处采用CR39记录靶背出射的质子角分布。通过分析靶背出射质子的角分布,研究了激光功率密度和对比度对质子加速机制的影响。研究结果表明:占主导地位的质子产生和加速机制对激光预脉冲比较敏感。激光预脉冲较弱时,靶背壳电场加速机制占主导地位;当激光预脉冲较强时,靶前加速机制占主导地位。此外,还对导致质子环形分布的磁场大小进行了估算。     

利用汤姆逊离子谱仪测量超短超强激光质子能谱

本文给出了利用汤姆逊(Thomson)离子谱仪测量超短超强激光与等离子体相互作用中产生的高能质子能谱的一种方法.该方法是利用Thomson离子谱仪(平均磁场强度为0.167 T,电场加高压为3000 V,电场强度约为0.429 MV/m)和固体核径迹探测器CR39相结合,在固体靶背表面测量了激光的高能质子能谱.结果显示:质子沿着靶背法线方向发射,质子在一定能量处出现截止,截止能量与靶厚度和靶材料密切相关.分析认为,靶法线鞘层加速(TNSA)机制是质子能谱分布及能量截止的主要原因.     

超短脉冲强激光与固体靶相互作用中Kα射线的实验研究

在相对论激光强度下,对p偏振30 fs激光与固体Cu靶相互作用中产生的Kα射线进行了实验研究.采用刀边成像技术和单光子计数X射线CCD相结合的探测装置,在单发激光脉冲打靶时同时得到X射线源的尺寸、能谱以及Kα光子的转换效率等多种信息.实验结果与Reich等人的理论计算结果有明显的差异,Kα光子的能量转换效率在激光功率密度为1.6×1018W/cm2的条件下达到最大值7.08×10-6/sr.根据这一结果并结合蒙特卡罗程序,推断出在这一聚焦光强下激光能量转换为前向超热电子的效率约为10%.     

通道靶对超强激光加速质子束的聚焦效应

发散角过大是制约超强激光与固体靶相互作用加速产生高能质子束应用的一个重大物理难题.本文提出了一种结构化的通道靶型,与超强激光相互作用可提高质子束的发散特性,通道壁上产生的横向电荷分离静电场可对质子有效聚焦.采用二维particle-in-cell粒子模拟程序对激光通道靶相互作用过程进行了研究,分析了加速质子束的性能特点.模拟结果表明,与传统平面靶相比,通道靶可以在不过多损失能量的情况下产生具有更好准直性的质子束,尤其当通道靶的直径与激光焦斑尺寸和质子源尺寸相当时,横向静电场能够有效聚焦质子束,并且可保证相对较高的激光能量利用率.     

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。     

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。     

超强激光脉冲下等离子体块的整体加速研究

为了克服激光加速中强流离子束空间电荷效应对粒子输运的影响,提出一种利用两块不同密度的固体靶先后和一束强度约为1022 W/cm2、脉冲长度为5T(T为激光周期)的超强脉冲激光相互作用的方案,实现了中性等离子体块的加速。通过一维PIC数值模拟研究发现,在合适的参数下,加速后的电子与质子几乎以相同的速度共同飞行长达60（为激光波长）的距离,其中质子与电子的能量分别为GeV和100 MeV量级。     

超强激光脉冲下等离子体块的整体加速研究

为了克服激光加速中强流离子束空间电荷效应对粒子输运的影响,提出一种利用两块不同密度的固体靶先后和一束强度约为1022 W/cm2、脉冲长度为5T(T为激光周期)的超强脉冲激光相互作用的方案,实现了中性等离子体块的加速。通过一维PIC数值模拟研究发现,在合适的参数下,加速后的电子与质子几乎以相同的速度共同飞行长达60λ(λ为激光波长)的距离,其中质子与电子的能量分别为GeV和100MeV量级。     

超强激光钻孔机制的粒子模拟研究

 用二维半粒子模拟程序模拟研究了超强激光束与过稠密等离子体的相互作用过程,发现存在有质动力加速电子及由该电子再拉动离子而产生的等离子体密度通道,也发现由高能电子流产生的高强度自生磁场。模拟研究了三种空间形状的激光对钻孔的影响,发现激光场径向梯度越大,钻孔速度越大,越有利于钻孔;对反射波进行诊断,发现了奇次谐波和偶次谐波。     

超强激光钻孔机制的粒子模拟研究

用二维半粒子模拟程序模拟研究了超强激光束与过稠密等离子体的相互作用过程,发现存在有质动力加速电子及由该电子再拉动离子而产生的等离子体密度通道,也发现由高能电子流产生的高强度自生磁场。模拟研究了三种空间形状的激光对钻孔的影响,发现激光场径向梯度越大,钻孔速度越大,越有利于钻孔;对反射波进行诊断,发现了奇次谐波和偶次谐波。     

实时离子探测器——塑料闪烁体性能的实验研究

利用静电离子加速器对实时离子探测器——塑料闪烁体的特性 (包括灵敏度、动态范围、能量响应, 及空间分辨等)进行了实验研究,并对闪烁体探测器与其他传统的离子探测器的特性进行了比较. 对闪烁体在激光等离子体实验的离子束诊断中的可能应用进行了探讨.塑料闪烁体的应用可满足高重复频率激光等离子体离子加速实验高效率运行的要求,为实验研究提供强有力的支持.     

Dephasing time of a positron accelerated by a laser pulse

The dephasing time of a positron in the total field associated with a laser pulse in a plasma J28is studied numerically. It is shown that the dynamics of the positron is quite different from that of an electron due to the electrostatic potential in the body of the pulse. The dephasing time of the positron increases with the pulse length and decreases with the pulse intensity nonlinearly. In the long pulse case (L》λ_p) the dephasing time is proportional to the pulse length. These results provide a scientific basis for experiments to observe the positron acceleration scheme, and may be important to the physics of laser-article interactions in multi-component plasmas.     

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.     

超短脉冲强激光与固体靶相互作用中Kα射线的实验研究

在相对论激光强度下，对p偏振30 fs激光与固体Cu靶相互作用中产生的Kα射线进行了实验研究.采用刀边成像技术和单光子计数X射线CCD相结合的探测装置，在单发激光脉冲打靶时同时得到X射线源的尺寸、能谱以及Kα光子的转换效率等多种信息.实验结果与Reich等人的理论计算结果有明显的差异，Kα光子的能量转换效率在激光功率密度为1.6×10¹⁸W/cm²的条件下达到最大值7.08×10^-6/sr.根据这一结果并结合蒙特卡罗程序，推断出在这一聚焦光强下激光能量转换为前向超热电子的效率约为10%.     

Solitons in relativistic laser-plasma interactions

Single or/and multipeak solitons in plasma under relativistic electromagnetic field are reviewed. The incident electromagnetic field is allowed to have a zero or/and nonzero initial constant amplitude. Some interesting numerical results are obtained that include a high-number multipeak laser pulse and single or/and low-number multipeak plasma wake structures. It is also shown that there exists a combination of soliton and oscillation waves for plasma wake field. Also, the electron density exhibits multi-caviton structure or the combination of caviton and oscillation. A complete eigenvalue spectrum of parameters is given wherein some higher peak numbers of multipeak electromagnetic solitons in the plasma are included. Moreover, some interesting scaling laws are presented for field energy via numerical approaches. Some implications of results are discussed.      

高密度平面靶等离子体中激光驱动冲击波加速离子的能谱展宽

本文对超短超强激光脉冲辐照高密度等离子体产生的静电冲击波加速离子的能谱展宽机理进行了数值研究.着重讨论了三种冲击波加速离子的能谱展宽机理:能量沉积到离子中使得冲击波前沿不断减速,被加速离子与背景粒子的碰撞,以及高能离子到达靶背面时受到鞘层场进一步加速.还研究了驱动激光脉冲宽度对冲击波加速离子能谱宽度的影响. 关键词： 激光等离子体 冲击波加速 能谱展宽     

Backward Raman amplification in plasmas with chirped wideband pump and seed pulses

Chirped wideband pump and seed pulses are usually considered for backward Raman amplification(BRA)in plasmas to achieve an extremely high-power laser pulse.However,current theoretical models only contain either a chirped pump or a chirped seed.In this paper,modified three-wave coupling equations are proposed for the BRA in the plasmas with both chirped wideband pump and seed.The simulation results can more precisely describe the experiments,such as the Princeton University experiment.The optimized chirp and bandwidth are determined based on the simulation to enhance the output intensity and efficiency.     

锐真空-等离子体边界倾角对激光尾波场加速中电子注入的影响

超短超强激光脉冲在气体等离子体中激发的尾波场加速在过去40年里有了长足的发展,人们已经在厘米加速距离内获得了数GeV的准单能电子加速,激光尾波加速的最高电子能量已经达到8 GeV.为了进一步提升加速电子束的稳定性和品质,多种电子注入方式先后被提出.本文研究了基于锐真空-等离子体边界面的密度跃变注入,着重讨论了不同角度的倾斜边界面对注入电子品质的影响.二维粒子模拟研究表明,与倾角为0°的垂直边界面相比,在合适的倾斜边界角下,第二个尾波空泡内产生的注入电量可以有近三倍的提升,同时偏振方向与入射面平行的驱动激光可以增加第一个空泡内注入电子的电量.根据不同激光入射角度时尾波场中电子自注入的起始位置差异,分析了电子电量与横向振荡增强的原因.这些研究有利于提升基于Betatron运动的尾波场辐射及其应用.     

Eight MeV per charge state from 300 ps laser ion acceleration by using micrometric foils

Proton acceleration using high-intensity laser pulses, at 10¹⁶ W/cm² was studied irradiating different types of thin metal and plastic targets having 1-micron thickness. The maximization of the proton energy process was investigated optimizing the laser parameters, the irradiation conditions and the target properties. Employing 600–700 J laser pulse energy, a focalization inducing self-focusing effects and using targets with optimized thickness, it was possible to accelerate protons up to energies of above 8 MeV. The time-of-flight diagnostics has allowed to monitor the plasma properties and to control the ion acceleration process.     

一维动理学数值模拟激光与等离子体的相互作用

利用一维(1D3V)、显式、全电磁、相对论粒子模拟代码研究动理学范畴内激光与等离子体相互作用中的受激拉曼散射,给出了粒子代码的控制方程及其数值离散的详细方案,研究表明:动理学效应在受激拉曼散射不稳定性中十分重要;时问平均的反射率在阈值强度处跃升,在更高的激光强度处达到饱和;受激拉曼背向散射周期性地在次皮秒内爆发,离子效应延迟背向拉曼散射的发生;电子俘获导致了背向拉曼散射出现爆发;Langmuir波的非线性频移使得背向散射达到饱和。