相对论激光-固体靶作用中超热电子能谱测量

报道了100TW超短脉冲钛宝石激光装置上相对论强度激光-固体靶相互作用中超热电子的能谱测量,获得了靶前法线和靶后激光传输方向超热电子能谱。在靶前法线方向,能谱呈单温类麦克斯韦分布,占主导地位的加速机制是共振吸收;靶后激光传输方向,在较低能段能谱呈类麦克斯韦分布,存在的加热机制是有质动力V×B加热,在较高能段能谱出现了高能尾部。对其形成原因进行了分析。     

强场物理中超热电子的产生及输运

在100TW超短脉冲钛宝石激光装置上完成了飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子的产生及输运特性的实验研究。获得了超热电子的能谱、产额、注量和总能量。结果表明,随着功率密度的增加,靶前法线方向的超热电子更容易产生;超热电子的注量和总能量随靶厚度的增加而减少。超热电子约80%的能量主要沉积在靶内的前10μm,分析表明,这主要是静电场的影响所致。     

强场物理中超热电子能量沉积特性的实验研究

报道了在100 Tw超短脉冲掺钛蓝宝石激光装置上,完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子的能量沉积实验,获得了靶后激光传播方向超热电子的能谱、产额、注量和总能量.结果表明,超热电子的注量和总能量随靶厚的增加而减少,超热电子约80%的能量主要沉积在靶内的前10μm,分析其原因是由于静电场的影响所致.     

飞秒激光中镜向超热电子能谱的测量

报道了在20TW飞秒激光器上采用电子磁谱仪和γ射线谱仪探测器分别对激光-固体靶相互作用镜向产生的超热电子的能谱及其韧致辐射谱进行的测量。能谱测量结果显示：超热电子能谱呈类麦克斯韦分布,拟合的温度约为154keV,这与已知的温度定标率较好地吻合;韧致辐射谱拟合的温度约为141keV,如果考虑到电子的碰撞效应,二者的测量结果是一致的。这是由于几种加热机制共同作用的结果,其中占主导地位的加热机制是反射激光对电子的加热。     

超强脉冲激光辐照固体靶背表面的光辐射

在超强脉冲激光与固体靶相互作用中,利用光学CCD相机和光学多道分析仪(OMA),分别在固体薄膜靶背表面法线方向测量了光辐射积分成像图案和光谱。测量结果显示,光辐射空间分布图案呈圆环状,而辐射区域有发散角、有光强分布,包含多种辐射成分;光辐射光谱在800nm附近出现尖峰,是激光的基频(ω0)波,这一现象归因于超热电子束在输运的过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射(CTR);如果考虑超热电子的产生和加热机制,共振吸收和真空加热对超热电子都有贡献,其中占主导地位的加热机制则是共振吸收对电子的加热。     

飞秒激光诱发的医用质子束特性的实验研究

为了探索飞秒脉冲激光与固体靶相互作用中医用质子束特性,在超短超强激光装置"SILEX-I"上进行了医用高能质子束特性实验研究.实验利用HD810辐射变色膜片(RCF)、CR39核径迹探测器和Thomson离子谱仪分别在固体靶背表面法线方向测量了质子束的空间分布、束密度、产额和能谱.实验结果表明:质子束沿着靶背法线方向发...     

飞秒激光与固体靶相互作用中背表面的渡越辐射

在飞秒激光与固体靶相互作用中,利用光学CCD相机和光学多道分析仪(OMA),分别在固体薄膜靶背表面法线方向测量了渡越辐射(TR)积分成像图案和渡越辐射光谱.测量结果显示,渡越辐射光斑呈现圆盘状结构,在圆盘中明亮而强的光信号呈局部化分布,并且有分离的光斑出现.该现象表明,超热电子在输运过程中存在成丝效应,引起严重的不稳定性;渡越辐射光谱在800 nm附近出现了尖峰,是基频波(ω0),并且光谱向红光方向移动;基频波产生的原因归结于超热电子束在传输过程中产生的微束团而引起的相干渡越辐射(CTR);光谱红移的原因是由于等离子体临界面的迅速膨胀所致;渡越辐射光强随靶厚度的增加而减小.     

ICF快点火概念中超热电子的能量输运

快速点火是运用超短超强激光在常规聚变靶丸上打孔并利用其产生的超热电子内芯部输运能量来实现激光聚变点火.它将有可能大大降低对激光器能量及光束质量等方而的要求.利用超热电子的能量沉积模型.计算了在不同常现压缩驱动激光条件下.超短脉冲强激光产生的超热电子在靶丸中的能量沉积对快点火的影响.     

飞秒激光作用下高能离子产生的实验研究

为了探索飞秒脉冲激光与固体靶相互作用中高能 离子的能量分布特性,在超短超 强激光装置“SILEX-I”上进行了超强激光与平面薄膜Cu靶的相互作用中高能离子能谱分布 的实验研究。采用固体核径迹探测器CR39和Thomson离子谱仪相结合 的方式,在固体 靶背表面法线方向测量了质子和C离子能量分布和产额。结果显示,同时测量到了 H⁺质子和C1＋、C2＋、C3＋和C4＋信号,离子沿靶背法线 方向发射,离子出现能量截断, 离子的截止能量之比为1∶2∶3∶4。在CR39上 质子信号比C离子信号强,质子产额远高于C 离子产额;在同一发打靶中,C1＋、C2＋、C3＋和C⁴⁺随着 荷质比的减小,相应的离子的截 止能量也在减小。这一结果将为惯性约束聚变(ICF)“快点火”方案的可行性分析提供参 考依据。     

毫秒激光致固体靶材熔融喷溅的比较实验研究

为了研究毫秒激光致硅靶的熔融喷溅机理,采用阴影法,通过高速CCD获得了毫秒激光与固体靶材（硅靶和铝靶）相互作用的序列阴影图,研究了毫秒激光致固体靶材的融熔喷溅过程。实验上对比了毫秒激光致硅靶和铝靶熔融喷溅过程的不同,并对毫秒激光致固体熔融喷溅形成的机制进行了讨论。根据两种靶材融熔喷溅机理不同,解释了两种靶材融熔喷溅物的形貌、喷溅角度、喷溅物分布和喷溅物亮度不同的原因。结果表明,毫秒激光对两种靶材均能产生气化和熔融喷溅过程,但气化强度和熔融喷溅物的形态、亮度均不相同;激光作用硅靶时,作用区域所产生的气化现象不明显,熔融喷溅物呈液滴状,其亮度强于背景光,熔融喷溅方向与靶材前表面法线所成角的最大值为45°,熔融喷溅物分布在其间;而激光作用铝靶时,作用区域的铝靶所产生的气化现象更加明显,熔融喷溅物呈线状不透明流体,其亮度低于背景光,熔融喷溅方向与靶材前表面法线所成角度为20°,熔融喷溅物分布在熔融喷溅方向所在的直线周围。该研究对激光加工技术是有帮助的。     

激光诱导镍等离子体发射光谱Stark展宽和电子密度的空间分辨特性

在大气环境下利用脉冲Nd:YAG激光532nm输出烧蚀Ni靶,产生了激光等离子体。在350-600nm波长范围内测定了激光诱导等离子体中Ni原子的空间分辨发射光谱。得到了385.83nm发射光谱线的Stark展宽及其随径向的变化特性。由发射光谱线的强度和Stark展宽计算了等离子体电子密度,并讨论了激光等离子体的空间演化特性。结果表明,在沿激光束方向上,当距离靶表面0-2.5mm范围内变化时,谱线的Stark展宽、线移和电子密度都随距靶面距离的增大而先增大,在离靶面约1.25mm处时达到最大值,之后随距离的进一步增大而减小;电子密度在0.1-3.0 1016cm-3范围内变化。     

脉宽对激光撞击电子辐射峰值影响的模拟计算

为了研究激光脉宽对撞击电子后产生的辐射能量分布, 采用模拟计算的方法, 以Lorentz方程以及电子辐射方程为基础, 建立了紧聚焦激光作用于静止单电子模型, 并通过MATLAB软件模拟了不同脉宽下的激光脉冲与电子作用后产生的电子辐射能量分布, 对飞秒紧聚焦椭圆偏振激光脉冲的脉宽与电子间的辐射功率峰值进行了深入研究。结果表明, 当紧聚焦激光脉冲遇到静止单电子, 在激光脉冲撞击电子时, 电子会发出辐射; 散射辐射在散射方向的中心呈尖锥状积累; 随着激光脉宽的增加, 辐射功率分布逐渐呈现出双峰形; 脉冲宽度越宽, 电子辐射功率峰值越小, 脉宽为10λ₀时的峰值功率仅为脉宽为0.1λ₀时峰值功率的1%(初始脉宽λ₀=3.33fs), 同时辐射功率达到峰值所需时间越长, 最高峰的持续时间越长, 频谱函数的截止频率越低, 高频分量变少, 谐波次数增加。该结果对激光空气等离子体诊断方面具有重要意义。     

毫秒激光辐射K9玻璃的激光损伤研究

利用毫秒激光损伤测试平台,通过改变焦距和聚焦位置,研究了K9玻璃前后表面附近的损伤概率和损伤形貌。结果表明,焦平面位于前表面时以热熔损伤为主,焦平面位于后表面时则以应力损伤为主,且尺寸明显大于前表面。建立二维热力学模型并对温度场和热应力场进行计算,结果显示,径向应力和环向应力是导致材料产生应力损伤的主要因素。激光辐照过程中在前表面产生的燃烧波能够增强激光能量耦合效率,是材料前表面产生熔融损伤的原因之一。此外,实验发现,焦距较短时,损伤概率随焦平面与样品表面距离的增大迅速下降,焦距较长时,易在样品前后表面同时产生损伤,这与透镜的焦深有关。     

激光诱导Co等离子体电子密度的时间空间演化特性

测定了激光烧蚀Co等离子体中Co原子389.408 nm发射谱线的时间空间分辨发射光谱.由发射光谱线的强度和斯塔克(Stark)展宽计算了等离子体电子密度,并由实验结果讨论了激光等离子体中电子密度的时间空间演化特性.实验结果表明,当延时在100～1000 ns变化时,等离子体中的电子密度变化范围为0.02×1017～0.73×1017 cm-3,在沿激光束方向上,当距离靶表面0～1.8 mm范围内变化时,相应的电子密度ne范围为0.3×1017～0.8×1017cm-3,等离子体电子密度在激光束方向上具有很好的对称性.     

飞秒激光对多光谱滤波片的损伤阈值研究

为了测量飞秒激光对多光谱滤波片的损伤阈值, 采用钛∶蓝宝石飞秒脉冲激光(800nm、50fs)对多光谱滤光片的前膜进行了激光损伤阈值的实验研究, 并使用显微镜观测了滤光片前膜的损伤形貌。结果表明, 薄膜在不同脉冲辐照次数(1, 2, 5和10)下, 前膜损伤阈值分别为1.68J/cm2, 1.56J/cm2, 1.44J/cm2和1.42J/cm2, 随着脉冲辐照次数的增加, 损伤阈值降低, 激光脉冲的重复辐射会对薄膜形成累积效应; 由于飞秒激光的宽度极短, 薄膜导带电子由多光子电离产生, 并迅速吸收激光能量, 当其能量大于材料的带隙能时, 会与价带电子发生碰撞产生另一个电子, 进而形成大量的自由电子, 对薄膜造成损伤; 在1-on-1和2-on-1测试方法下, 随着飞秒激光能量密度的增加, 前膜损伤区域的轮廓越来越清晰、规整, 并逐渐出现清晰的分层现象, 这归因于前膜干涉场的分布不同。该研究对多光谱滤波光膜在飞秒激光作用下的损伤效果提供了参考。     

激光驱动纳米须靶产生X射线转换效率研究

在研究超强激光与物质相互作用中,研究的焦点通常需要高质量的光源来诊断动态物质的结构。为了获得高亮度、准单能和高对比度X射线光源,改变物质及其结构来增强吸收激光能量和提高激光X射线的转换效率。利用多孔结构原理,设计了直径为200 nm、密度为铜70%的纳米铜靶。在中国工程物理研究院激光聚变研究中心星光-Ⅲ激光装置上进行实验,作用于靶表面的飞秒激光强度大于21018 Wcm-2,利用单光子计数型X射线CCD测量了Ka特征X射线,获得的Ka光子峰值产额达到了3.6108 photonssr-1s-1,X射线最大转换效率达到0.008 68%,是平面铜靶转换效率的1.2倍。实验表明纳米须结构能够有效增强飞秒激光的能量吸收,增强了超强激光转换成电子和X射线的转换效率。