强激光与稠密等离子体作用引起的冲击波加速离子的研究

用二维PIC（Particle-in-Cell）程序模拟研究了强激光与稠密等离子体靶作用产生的无碰撞静电冲击波的结构和这种冲击波对离子的加速过程,研究发现由于冲击波前沿附近的双极电场的作用,具有一定初速度的离子能被该双极场俘获并获得加速,最终能够被加速到两倍冲击波速度.冲击波加速可以得到准单能的离子能谱,叠加在通过鞘层加速机理产生的宽度离子能谱上.还对不同激光强度和不同等离子体密度情况下形成的冲击波进行了比较.研究表明,强度相对较低的激光在高密度等离子体中可以产生以一定速度传播的静电孤波结构,后者只能加速 关键词： 强激光 稠密等离子体 无碰撞静电冲击波 离子加速     

激光驱动的冲击波自生磁场以及外加磁场的冲击波放大研究

冲击波是天体物理观测中常见的现象, 其对粒子的加速被认为是高能宇宙射线的来源. 宇宙中冲击波周围往往存在很强的磁场, 但人们对于此类强磁场的产生放大过程的理解并不充分. 本文利用二维粒子模拟程序研究了激光与磁化或者非磁化等离子体相互作用产生的冲击波现象, 给出了冲击波波前处磁场的产生放大特性. 研究发现, 作用过程中的自生磁场可以储存能量, 从而进一步加速电子; 当存在外加磁场时, 由冲击波加速的电子和离子的能量都比同条件下非磁化等离子体的能量高; 而且外加磁场藉由冲击波放大倍数则与其值有极大关系. 与天文观测中推断的磁场与背景磁场相比放大千倍这一研究结果的比较可以看出, 天体冲击波周围磁场放大主要是由局域内生磁场导致的.     

激光感应等离子体冲击波碎石

文章对激光感应等离子体冲击波碎石技术的物理机理、发展现状及未来趋势做了综合性评述，并结合作者的实验研究对激光碎石中存在的重要技术问题进行了探讨，同时提出了一些可能的解决办法．     

空气中激光等离子体冲击波的传输特性研究

根据球形对称冲击波在自由空间中传播的约束条件,提出了空气中激光等离子体冲击波在中远场的传播公式.并用探针式超声换能器实测了能量为10-110mJ、脉宽为15ns、波长为106μm的Nd∶YAG激光作用于铝靶表面产生的等离子体空气冲击波,用此公式计算的结果与实验数据符合得很好 关键词：     

飞秒激光与等离子体相互作用过程中超热电子能谱的测量

报道了在3TW飞秒激光器上完成的激光 等离子体相互作用过程中产生的超热电子的能谱测量结果。能谱测量显示：在较低的能段,超热电子能谱先是呈现一个局部的平台,然后迅速衰减,呈现非类麦克斯韦分布,这是由于几种加热机制共同作用,其中占主导地位的是反射激光对电子的加速;在较高的能段,超热电子能谱呈类麦克斯韦分布,拟合的温度远远高于已知的温度定标律给出的温度,其原因在于超热电子分布的高能尾部本身的抬高和激光的自聚焦及成道。     

飞秒激光与等离子体相互作用过程中超热电子能谱的测量

 报道了在3TW飞秒激光器上完成的激光 等离子体相互作用过程中产生的超热电子的能谱测量结果。能谱测量显示：在较低的能段，超热电子能谱先是呈现一个局部的平台，然后迅速衰减，呈现非类麦克斯韦分布，这是由于几种加热机制共同作用，其中占主导地位的是反射激光对电子的加速；在较高的能段，超热电子能谱呈类麦克斯韦分布，拟合的温度远远高于已知的温度定标律给出的温度，其原因在于超热电子分布的高能尾部本身的抬高和激光的自聚焦及成道。     

准分子激光诱导铅等离子体中谱线Stark展宽时空特性研究

测定了激光诱导铅等离子体中铅原子和离子谱线Ｓｔａｒｋ展宽的时间演化特性以及与缓冲气体压力之间的关系,由此计算得到了等离子体中电子密度的时间演化特性及其与缓冲气体压力之间的关系,实验结果表明,由不同的金属固体材料产生的激光等离子体的动力学性质差异很大,并讨论了形成这种差异的物理机制。     

激光驱动铝靶产生冲击波和热波的实验观测和分析

 在“星光Ⅱ”上,使用基频光打靶,采用几种厚度的铝介质平面靶,进行了冲击波、热波和稀疏波三波相互作用规律的初步研究工作,成功地观测到冲击波在前和热波在后的物理图像,并发展了相关诊断技术和方法。     

强激光与高密度气体相互作用中电子和离子加速的数值模拟

在现有的一维粒子模拟程序的基础上发展了带光电离和碰撞电离及蒙特卡罗两体碰撞的模拟程序(1D PIC-MCC). 用此程序模拟研究了短脉冲激光与He气靶相互作用时电子和离子的加速过程. 研究表明当强激光与过临界密度的微米厚度的平面靶相互作用时，靶前表面物质将被激光脉冲前沿迅速离化；新生的电子被激光场有质动力加速成为高能电子，这些电子穿入到靶内，通过电子碰撞电离离化靶内物质；一部分高能电子穿透靶后，会在靶的后表面形成强的电荷分离场，该场迅速离化靶后表面物质，同时使得后表面离子得到加速. 部分穿透靶的超热电子将被电荷分离场重新拉回靶内，在靶的前后表面振荡. 一些振荡电子在此过程中得到电荷分离场加速，离开前表面，在前表面也形成电荷分离场，使前表面离子得到加速. 关键词： 激光等离子体 光电离和碰撞电离 电子加速 离子加速     

面向激光等离子体尾波加速的毛细管放电实验研究

具有合适径向密度分布的等离子体通道可以用于超短超强激光导引,这使得等离子体通道在激光尾波加速中有着重要的应用.本文介绍了在上海交通大学激光等离子体实验室开展的毛细管放电和光导引实验.通过光谱展宽法测量了充氦气的放电毛细管中的等离子体密度分布,在长度为3 cm、内径为300μm的毛细管中实现了轴向均匀,径向呈抛物线型的等离子体密度分布.通过改变放电延时和喷气时长,确定和优化了产生等离子体通道的参数区间,得到的最大通道深度为28μm,与实验中使用的激光焦斑半径匹配.在此基础之上,开展了不同能量的激光脉冲在放电等离子体通道中的导引研究,结果发现当通道深度与焦斑半径匹配时,激光可以不散焦地在通道中传输,实现激光导引.这项研究为未来的激光尾波级联加速和锁相加速等研究奠定了基础.     

Laser driven shock wave studies in gold coated Plexiglas targets

Abstract

Laser-driven shock wave propagation in a transparent material such as Plexiglas coated with a thin overlayer of gold is studied using the technique of high speed optical shadowgraphy. A Nd: glass laser was focussed to produce intensities in the range of 10′²-10′⁴W/cm² on the target, within an irradiation spot diameter of 160 pm, optical shadowgrams were recorded bya second harmonic (0.53 pm wavelength) pulse. Shock pressures and scaling of pressure with laser intensity was studied. Shock pressures in gold-coated Plexiglas target was observed to be considerably higher compared to those in uncoated targets. This enhancement of shock pressure has been explained on the basis of contribution of an X-ray driven ablative heat wave in the gold plasma. Shock pressure values show a close agreement with those obtained from a one-dimensional Langrangian hydrodynamic simulation. Shadowgrams of shock fronts produced by non-uniform spatial laser beam irradiation profiles have shown complete smoothing when a gold layer is used on a Plexiglas target.     

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.     

Electron Acceleration in Wakefield and Supra-Bubble Regimes by Ultraintense Laser with Asymmetric Pulse

Electron acceleration in plasma driven by circularpolarized ultraintense laser with asymmetric pulse are investigatedanalytically and numerically in terms of oscillation-center Hamiltonian formalism. Studies include wakefield acceleration, which dominates in blow-out or bubble regime and snow-plow acceleration which dominates in supra-bubble regime. By a comparison with each other it is found that snow-plow acceleration has lower acceleration capability. In wakefield acceleration, there exists an obvious optimum pulse asymmetry or/and pulse lengths that leads to the high net energy gain while in snow-plow acceleration it is insensitive to the pulse lengths. Power and linear scaling laws for wakefield and snow-plow acceleration respetively are observed from the net energy gain depending on laser field amplitude. Moreover, there exists also an upper and lower limit on plasma density for an effective acceleration in both of regimes.     

利用激光离焦的方法优化超强激光驱动的质子加速

在中国科学院物理研究所"极光Ⅱ 号"飞秒激光装置上,对激光与薄膜靶相互作用产生的靶后质子束特性进行了实验研究.结果发现,在主脉冲前存在较强的飞秒预脉冲的情况下,通过适当地对激光束散焦,可以使质子束的转换效率提高3 个数量级,并同时改善质子束的准直性.分析表明,激光散焦的方法可以有效地抑制预脉冲的流体力学效应对质子加速的负面影响,从而提高质子的转换效率.此外,粒子模拟还发现,散焦量增大时可以产生更多的中低能超热电子,这也有利于建立高质量的质子加速电场. 关键词： 超短脉冲激光与等离子体相互作用 质子加速 转换效率     

强激光驱动爆炸与冲击效应

随着高功率密度激光技术的快速发展,强激光驱动的爆炸与冲击效应逐渐引起国内外学者的广泛关注。对强激光诱导爆炸与冲击效应研究进展进行了综述,包括强激光诱导爆炸载荷特征与相似律,强激光对材料表面冲击强化处理,强激光冲击诱导材料相变动力学行为,以及利用强激光驱动微弹道冲击等方面的研究进展,并指出了强激光诱导爆炸与冲击效应研究的发展趋势和未来需要解决的关键科学问题。     

Electron Acceleration and Bunch Generation by Intense Femtosecond Laser Pulse in Preplasma of a Target

We present analytical studies of electron acceleration in the low-density preplasma of a thin solid target by an intense femtosecond laser pulse. Electrons in the preplasma are trapped and accelerated by the ponderomotive force as well as the wake field. Two-dimensional particle-in-cell simulations show that when the laser pulse is stopped by the target, electrons trapped in the laser pules can be extracted and move forward inertially. The energetic electron bunch in the bubble is unaffected by the reflected pulse and passes through the target with small energy spread and emittance. There is an optimal preplasma density for the generation of the monoenergetic electron bunch if a laser pulse is given. The maximum electron energy is inverse proportion to the preplasma density.     

Electron Acceleration and Bunch Generation by Intense Femtosecond Laser Pulse in Preplasma of a Target

We present analytical studies of electron acceleration in the low-density preplasma of a thin solid target by an intense femtosecond laser pulse. Electrons in the preplasma are trapped and accelerated by the ponderomotive force as well as the wake field. Two-dimensional particle-in-cell simulations show that when the laser pulse is stopped by the target, electrons trapped in the laser pules can be extracted and move forward inertially. The energeticelectron bunch in the bubble is unaffected by the reflected pulse and passes through the target with small energy spread and emittance. There is an optimal preplasma density for the generation of the monoenergetic electron bunch if a laser pulse is given. The maximum electron energy is inverse proportion to the preplasma density.     

辐射驱动冲击波速度被动式测量

在神光Ⅱ和神光Ⅲ原型装置上采用了辐射驱动冲击波速度被动式测量技术,对冲击波发光图像信噪比进行了理论分析和实验研究,结果表明:靶室内杂散光比冲击波信号至少强4个量级以上,是影响信噪比的关键因素。据此提出了信噪比控制技术,通过电磁屏蔽优化,采用了基于光触发的快时间分辨测量技术,提高了冲击波速度测量精度。基于冲击波测量辐射温度,对辐射驱动冲击波速度被动式测量技术进行了考核。实验测量的冲击波发光图像清晰,数据信噪比及冲击波速度和物理预期一致,验证了技术的可靠性。