Ultrabright γ-ray emission from the interaction of an intense laser pulse with a near-critical-density plasma

An efficient scheme for generating ultrabright γ-rays from the interaction of an intense laser pulse with a near-critical-density plasma is studied by using the two-dimensional particle-in-cell simulation including quantum electrodynamic effects. We investigate the effects of target shape on γ-ray generation efficiency using three configurations of the solid foils attached behind the near-critical-density plasma: a flat foil without a channel (target 1), a flat foil with a channel (target 2), and a convex foil with a channel (target 3). When an intense laser propagates in a near-critical-density plasma, a large number of electrons are trapped and accelerated to GeV energy, and emit γ-rays via nonlinear betatron oscillation in the first stage. In the second stage, the accelerated electrons collide with the laser pulse reflected from the foil and emit high-energy, high-density γ-rays via nonlinear Compton scattering. The simulation results show that compared with the other two targets, target 3 affords better focusing of the laser field and electrons, which decreases the divergence angle of γ-photons. Consequently, denser and brighter γ-rays are emitted when target 3 is used. Specifically, a dense γ-ray pulse with a peak brightness of 4.6×10²⁶ photons/s/mm²/mrad²/0.1%BW (at 100 MeV) and 1.8×10²³ photons/s/mm²/mrad²/0.1%BW (at 2 GeV) are obtained at a laser intensity of 8.5×10²² W/cm² when the plasma density is equal to the critical plasma density n_c. In addition, for target 3, the effects of plasma channel length, foil curvature radius, laser polarization, and laser intensity on the γ-ray emission are discussed, and optimal values based on a series of simulations are proposed.     

高能离子的定向发射及其模拟研究

本文用二维粒子模拟方法研究了超强超短脉冲激光与圆形等离子体薄靶相互作用中产生的高能离子.模拟研究结果表明,在圆形等离子体薄靶后表面所产生的高能离子,角分布较小,定向性好,能获得很高的能量,并且等离子体薄靶的形状对高能离子的产生和会聚有一定地影响.     

菲涅尔公式的几何表示

:通过在两种不同的透明介质的分界面处光的反射、折射和入射的电矢量振幅和方向之间的关系,给出了菲涅尔公式的几何表示法,使在分析光学问题时变得简单和直观。     

飞秒激光等离子体中电子热传导现象的数值模拟

采用相对论电磁粒子模拟程序研究了飞秒激光等离子体相互作用中产生的电流密度、电场和自生磁场的发展演化过程。介绍了电子的非局域热输运的基本特性以及激光加热过程中温度烧蚀前沿稠密等离子体子区的预热效应、临界面附近的限流效应,以及冕区的反扩散与限流效应,得到了经典Spitzer-Harm理论描述的电子热传导随自生磁场的演化情形。数值模拟表明：在线性强激光作用下,由于电子初始时刻的无规则热运动,在等离子体上激发电磁不稳定性,而不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量,同时对在激光有质动力推开电子时形成的超热电子能量输运产生抑制作用。     

飞秒激光与等离子体相互作用中自生磁场的热电机制

采用理论分析和数值模拟研究了考虑相对论效应的自生磁场及其产生机制,给出了自生磁场的解析表达式,得到了温度梯度和密度梯度的非共线性所引起的自生磁场空间分布的时间演化关系。数值结果表明,当峰值强度为1019 W/cm2的激光作用于凹形靶前表面时,在等离子体表面领域观察到的自生磁场最大值为51102 T量级,与实验测量结果相符合。     

禁带理论应用于溶液浓度检测的研究

利用平面波展开法针对三角晶格二维光子晶体的禁带结构进行了数值模拟,研究了不同浓度的NaCl溶液和酒精溶液对光子带隙的影响。选用砷化镓为三角晶格光子晶体的背景材料,这两种溶液分别为三角晶格二维光子晶体的空气孔介质材料。当不同浓度和不同折射率的NaCl溶液和酒精溶液注入光子晶体中,TE模式不出现带隙,而TM模式出现宽度不同的五种带隙,为方便选取了最大禁带宽度为参考数据。     

超强激光等离子体相互作用中的自生磁场与能量运输

采用数值方法研究了超强激光与等离子体相互作用中产生的电磁不稳定性及其产生机制。用Spitzer-Harm理论分析了电子热传导中能量的运输情况,观察到由激光的非等方加热引起的电子纵向加热现象。结果表明,不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量,同时对在激光有质动力推开电子时形成的电子热流产生抑制作用。同时发现,随着自生磁场的增长,电子被磁场波捕捉,热运输受抑制。     

基于光子晶体的物质的量浓度测量研究

利用平面波展开法对二维光子晶体在H极化下的光子带隙进行数值计算。考虑了溶液温度和物质的量浓度对光子带隙的影响。结果表明,以半乳糖和木糖的水溶液作为空气孔中介质材料,当溶液物质的量浓度一定时,光子带隙随溶液温度的变化而改变;而当溶液温度一定时,光子带隙随溶液物质的量浓度发生变化。较高物质的量浓度和较高温度的溶液更容易形成光子带隙。在某些情况下,木糖的光子带隙大于半乳糖的光子带隙。     

应用未确知数学理论评价物理实验室的优劣

应用未确知数学的理论与方法,给出了一种较科学的物理实验室评价方法,该方法能够全面、客观和准确地反映被评实验室的优劣,可广泛用于各类评价工作.