倍频纳秒激光驱动类氖锗X射线激光的研究

利用JB19等程序分别对基频和倍频激光驱动条件下类氖锗X射线激光进行了模拟计算,结果表明利用倍频激光驱动同样也能够获得高强度的类氖锗X射线激光输出,只是对驱动激光的输出要求要高3.3倍.尽管如此,这也为将来在大型激光装置上开展类氖系列X射线激光研究指明了方向.初步的实验研究也证实了利用倍频纳秒激光驱动能够获得类氖锗X射线激光输出的结果. 关键词： X射线激光 类氖锗 数值模拟     

飞秒激光驱动X射线源中超热电子与靶相互作用研究

飞秒激光与靶相互作用产生超热电子,随后超热电子与靶原子碰撞,通过kα、kβ等散射过程,可辐射高亮度、飞秒级X射线,在原子与分子物理、生物及医学等领域均有广泛的应用前景.论文首先对飞秒激光驱动X射线源的发展进行简要叙述,然后对X射线源中的超热电子与靶相互作用进行研究.超热电子的产生由靶材对光脉冲的非碰撞吸收机制决定,X射线的产生由超热电子决定.研究超热电子、靶参数对X射线产额的影响,确定最佳参数值,可指导驱动激光脉冲参数的选择,以获得更大的X射线光子产额.使用蒙特卡洛模拟方法可研究超热电子动能及入射角、靶材(Cu靶)厚度对靶材上、下表面X射线辐射光子产额的影响,分析确定最佳超热电子动能及最佳靶厚.驱动激光强度与超热电子动能的定标关系表明：需要合理选择驱动激光参数,使真空加热机制主导超热电子产生过程,以在合适的激光脉冲强度下获得最大X射线光子产额.     

利用皮秒脉冲激光驱动瞬态X射线激光

报道了利用皮秒激光驱动产生瞬态类镍银X射线激光的实验结果.采用一路脉冲宽度为数百皮秒的激光作为预脉冲，配合另一路皮秒激光作为主脉冲联合驱动平面靶，获得了一定强度的类镍银X射线激光输出，输出能量约为5—10nJ. 关键词： 瞬态X射线激光 长短脉冲联合驱动 皮秒脉冲激光     

2ω1ω激光驱动的类氖锗19.6 nm X光激光

 类氖离子的X光激光理论研究可以为类镍X光激光提供有益启示。设计了一系列瞬态电子碰撞激发类氖锗19.6 nm X光激光的实验,采用2ω1ω泵浦方式,即预脉冲采用倍频钕玻璃激光,主脉冲采用基频,用新开发的瞬态电子碰撞激发类氖锗的系列程序进行了模拟,并与1ω1ω驱动的情况进行了比较。模拟表明, 2ω1ω泵浦方案使类氖锗19.6 nm Ｘ光激光的小信号增益系数增大为1ω1ω方案的1.6倍,增益区也转移到了更高的电子密度区,是获得更短波长X光激光的一种有效方法。     

瞬态电子碰撞激发类氖锗19.6nm X射线激光的理论研究

近来，许多实验室仅采用一个脉宽为几个ps的短脉冲就得到了强放大的软X射线激光.这表明瞬态是来得及电离的.为此，在类氖锗的瞬态电子碰撞激发19.6nm 波长X射线激光研究中，提出了采用低预脉冲产生低电离度的预等离子体，后续一个ps级短脉冲既电离又加热等离子体的驱动方式.并用系列程序进行了模拟.模拟结果表明，这种驱动方式也可以得到高增益. 关键词： X射线激光 等离子体 增益系数 瞬态电子碰撞激发     

双预脉冲驱动X射线激光实验研究

 在“星光-Ⅱ”激光装置上进行了双预脉冲驱动类氖铬X射线激光实验，介绍了实验方法和实验结果，并对结果进行了简短讨论。由于目前“星光”装置输出能量较低，所进行的双预脉冲驱动未能显著提高X射线激光强度，改变预脉冲幅度时X射线激光强度也未有显著变化。利用MED103程序进行了模拟计算，其结果与实验结果一致。     

类氖钛软X射线激光空间发射区域研究

使用高分辨平焦场谱仪，在“星光”激光器上，对类氖钛J=0—1，3p—3s跃迁32.6nm软X射线激光空间发射区域进行了实验测量，并与LASNEX和XRASER程序模拟结果作了比较．实验采用预脉冲打靶技术，预、主脉冲时间间隔5ns，峰值能量比为1%．结果表明：当驱动能量在50—150J范围内变化时，等离子体介质中X射线激光发射区与驱动能量大小密切相关，并随之增大而增大 关键词：     

反射镜双程放大对类氖锗软X射线激光的输出影响研究

纳秒量级激光驱动的类氖锗软X射线激光具有出光稳定和输出强度大等优点,在诸多领域拥有很好的应用价值. 研究了通过在光路中增加一块多层膜反射镜实现双程放大对出光特性的影响. 通过估算和实验,证实了增加反射镜双程放大确实能够提高类氖锗软X射线激光的输出强度,对于24mm的双程放大长度,总输出强度会增加约2.3倍. 但同时这种模式也带来了光束质量的下降,对应用研究并非完全有益. 关键词： 软X射线激光 反射镜双程放大 增益饱和     

软X射线激光汤姆逊散射实验尝试

汤姆逊散射是诊断高温稠密等离子体状态参数的重要方法之一, 受到广泛的关注. 但是目前用于进行汤姆逊散射的探针光波长多局限于可见光或紫外光, 能够诊断的区域电子密度远低于驱动激光的临界密度. 相比较而言, 以软X射线激光作为探针, 有希望诊断更高密度区域的等离子体. 利用“神光Ⅱ”高功率激光装置产生的类氖锗软X射线激光作为探针, 开展了软X射线激光汤姆逊散射实验的尝试. 根据散射的条件, 分别进行了非相干散射和相干散射的实验, 但均未能获得明显的散射谱. 理论分析表明, 主要原因可能是实验中作为探针的类氖锗软 X射线激光的聚焦功率密度不够, 通过优化实验条件, 有希望在今后的研究中获得相干汤姆逊散射的结果. 关键词： 等离子体诊断 软X 射线激光 汤姆逊散射     

利用皮秒激光驱动瞬态X射线激光实验

由于独特的优点和广泛的应用前景，X射线激光的研究受到了很大的重视。从一开始，这类研究就是以大型激光器作为驱动源进行的，尽管取得了很大的进展，但是由于对驱动源的要求很高，使得X射线激光自身的发展和应用受到了一定的限制。在这个背景下，如何利用尺寸更小、成本更低、更容易获得的方式来驱动X射线激光成为一个重要的研究目标。迄今为止，已经发展出了毛细管放电、高次谐波、超短超强激光驱动X射线激光等多种方式。特别的，随着近些年来皮秒乃至飞秒超短超强激光技术的发展，使得利用超短超强激光驱动瞬态X射线激光成为X射线激光小型化的一个重要发展方向。     

采用多通腔望远镜谐振腔结构的10MHz重复频率飞秒钛宝石激光器特性研究

通过在钛宝石激光腔内引入望远镜长腔系统增加腔长,实现了重复频率低到10?MHz的飞秒激光振荡,在5?W的抽运功率下获得了平均输出功率200?mW、单脉冲能量20?nJ的稳定输出. 在此基础上分析了腔内不同色散情况下的输出脉冲光谱和脉宽特性,结果表明在腔内存在一定负色散的情况下,锁模脉宽可接近转换极限,最短脉宽可达56?fs. 而在正色散的情况下,锁模输出的脉宽较宽,并且随着腔内正色散的增多,脉宽可到大于600?fs,锁模光谱也呈马鞍形. 关键词： 钛宝石激光器 飞秒脉冲 低重复频率 望远镜腔     

Numerical study of the Ne-like Cr x-ray laser at 28.6nm

We investigate the Ne-like Cr x-ray laser at $28.6\,\mathrm{nm}$ by using a modified 1D lagrangian hydrodynamic code MED103 coupled with an atomic physics data package and a 2D ray tracing code as a post-processor. The laser pumping configuration includes two prepulses and one main pulse. The first prepulse normally irradiates the target, while the second prepulse and the main pulse irradiate the target at grazing-incident angles. We predict that saturation can be achieved for the Ne-like Cr x-ray lasers with a total pumping energy of $125\,\mathrm{mJ}$. Good beam qualities with no deflecting angle and a small divergence angle of $5\,\mathrm{mrad}$ are observed.     

飞秒激光离焦抽运熔融石英产生超连续白光的实验研究

利用飞秒激光在熔融石英介质中传输产生能量达数毫焦、波长范围覆盖400-900 nm 且光谱分布较为均匀的超连续白光,实验过程中将熔融石英介质离焦放置以避免被击穿. 研究了入射激光能量以及介质离焦距离对超连续白光特性的影响. 结果表明采用高能量的入射激光脉冲离焦抽运介质的方法能够有效避免介质 击穿损伤并提高超连续白光脉冲的能量输出.     

飞秒双脉冲激光照射金属薄膜的热行为

通过双温方程对飞秒单脉冲与双脉冲照射金薄膜进行了计算模拟分析,得到了金靶的电子温度和晶格温度随着时间空间的变化。在同样激光能量密度下,单脉冲与双脉冲使得金膜温度的变化表明双脉冲使得更多的激光能量渗透到靶材内部,这些能量可以使得烧蚀深度更深,有利于提高激光烧蚀靶材的效率。计算结果显示随着激光能量密度的增加熔化面深度逐渐增加,单脉冲与双脉冲熔化面深度的变化明显不同。在激光能量密度高于损伤阈值附近,单脉冲的烧蚀深度大于双脉冲的烧蚀深度,随着激光能量密度增加,双脉冲的烧蚀深度将大于单脉冲的烧蚀深度。     

Talbot effect under illumination of double femtosecond laser pulses

The Talbot effect under illumination of double femtosecond laser pulses has been reported. Spectrums of double femtosecond laser pulses with phase differences are quite different from that of one single femtosecond laser pulse. Therefore, the Talbot images of the double femtosecond laser pulses with phase differences are different from that of one single femtosecond laser pulse. Specifically, for the phase difference corresponding to π, the Talbot image shows the largest difference from that of one single pulse. Experimental results are in good agreement with the theoretical analysis. The behaviors of Talbot images under double femtosecond laser pulses illumination cannot be obtained under one femtosecond laser pulse, monochromatic or polychromatic light illumination. Therefore, it is a new interesting optical phenomenon for the Talbot effect which should have potential applications.     

Interaction of intense laser pulses with hydrogen atomic clusters

The interaction between intense femtosecond laser pulses and hydrogen atomic clusters is studied by a simplified Coulomb explosion model. The dependences of average proton kinetic energy on cluster size, pulse duration, laser intensity and wavelength are studied respectively. The calculated results indicate that the irradiation of a femtosecond laser of longer wavelength on hydrogen atomic clusters may be a simple, economical way to produce highly kinetic hydrogen ions. The phenomenon suggests that the irradiation of femtosecond laser of longer wavelength on deuterium atomic clusters may be easier than that of shorter wavelength to drive nuclear fusion reactions. The product of the laser intensity and the squared laser wavelength needed to make proton energy saturated as a function of the squared cluster radius is also investigated. The proton energy distribution calculated is also shown and compared with the experimental data. Our results are in agreement with the experimental results fairly well.     

Generation of 7-fs laser pulse directly from a compact Ti:sapphire laser with chirped mirrors

A compact femtosecond Ti:sapphire laser resonator consisting of three chirped mirrors and one output coupler was designed. By accurately balancing the intra- cavity dispersions between Ti:sapphire crystal, air and chirped mirrors, we directly generated the laser pulse shorter than 7 fs at the average power of 340 mW with 3.1 W pump. The repetition rate of the laser oscillator is 173 MHz at the centre wavelength of 791 nm, and the ultrabroaden spectrum covers from 600 nm to 1000 nm. To the best of our knowledge, this is the simplest laser resonator capable of generating sub-10 fs laser pulse.     

飞秒激光在双折射微结构光纤中模式控制的四波混频效应的实验研究

利用飞秒激光脉冲在长度为10cm，包层具有大空气比的双折射微结构光纤中通过高阶模相位 匹配的四波混频获得了波长可调谐的反斯托克斯波.实验中脉冲宽度为35fs，中心波长820nm ，单脉冲能量4nJ的飞秒激光脉冲耦合到长轴直径为5μm，短轴为46μm的双折射微结构光 纤中.在高阶模传输情况下，通过调制耦合光的偏振方向，获得了具有不同中心波长的反斯 托克斯波.通过对比分析，讨论了输入光的偏振态对双折射微结构光纤中高阶模式下四波混 频效应的影响情况.理论计算分析很好的解释了实验结果. 关键词： 微结构光纤 飞秒脉冲激光 四波混频     

飞秒激光在空气和水中对硅片烧蚀加工的实验研究

采用1 kHz,800 nm,50 fs—24 ps的钛宝石激光脉冲对单晶硅样品在空气和水溶液环境中的烧蚀加工特性进行了研究.实验观察到了超短脉冲激光在空气氛围中烧蚀形成的双层环状结构,分析揭示了加工区域中心和边缘的烧蚀物理机制分别为热熔化和库仑爆炸,并测量了双层环状结构半径随入射激光能量、脉冲数及持续时间等的变化关系,结果表明获取较大深-宽比的加工效果需选择小能量脉冲激光的多次作用.在水溶液环境中,实验发现飞秒激光在样品表面诱导产生了亚微米量级的多孔状结构,而皮秒激光则更容易实现对硅表面的非热性去除.这是由于激光诱导的光机械应力和空泡效应随脉冲宽度变大而增强所致,在实验上确立了区分这两种不同加工状态的临界脉冲宽度. 关键词： 飞秒激光 硅片 激光加工     

单脉冲飞秒激光时域参数测量技术研究

钛宝石飞秒激光放大系统具有重复频率低、脉冲波形复杂等特点,为准确测量其峰值功率,提出对单次脉冲波形和脉冲宽度测量的需求。介绍了单脉冲飞秒激光时域波形和脉冲宽度的测量原理和测量方法,设计了基于频率分辨光学开关法的单脉冲飞秒激光时域参数测量装置。讨论了单脉冲飞秒激光时域参数测量校准面临的问题及解决方法。