超短强激光大气等离子体细丝中太赫兹辐射现象及其应用

超短强激光在大气中传输形成的等离子体细丝由于能够辐射出太赫兹信号而成为一种新的太赫兹辐射源,这对实现远距离太赫兹的远程传感具有重要的意义,在太赫兹辐射产生技术领域备受关注。详细综述了超短强激光大气等离子体细丝中产生太赫兹辐射现象的研究进展和现状,并着重对等离子体细丝产生太赫兹辐射的形成机理进行了概述和初步探讨,最后对其应用前景进行了展望,进而提出目前尚未解决的问题。

超短强激光场中双原子分子的振动布居转移

利用含时量子波包的方法从理论上研究了超短强激光场中双原子Na2分子的选择振动激发。改变激光脉冲的强度可以实现对分子振动激发的选择性控制。在较弱激光强度下,布居被激发到较高振动能级上;增强激光强度,布居则被转移到较低振动能级上。振动布居选择性激发可以用绝热光诱导势能面的概念解释。

近共振区超短强激光脉冲激发的等离子体尾波场

用一维相对论粒子模拟研究了相对论超短强激光脉冲在等离子体中传播时激发的尾波场,初步获得了近共振区尾波场的峰值幅度随激光脉冲宽度变化的特点,发现在近共振区等离子体波激发出现增强。通过准静态近似下尾波激发的一维非线性方程数值求解,并与粒子模拟结果比较,得到了该非线性方程的适用范围当激光脉冲宽度小于等离子体波波长的4倍时,该方程所得结果与粒子模拟结果一致;而当激光脉冲宽度大于该数值时,该方程不再适用。

基于金刚石超短超强激光脉冲X射线剂量仪研制

基于金刚石探测器研制了脉冲X射线剂量测量仪,并对其性能进行进一步研究测试,使用蒙特卡罗软件FLUKA对测量仪进行了全装置建模,基于该模型完成了能量和角响应模拟。在中国计量科学院对仪器进行了实验校准,实验内容包括仪器对于^(137)Cs、^(60)Co的能量响应以及剂量率响应校准,以及仪器对于137 Cs的角响应校准,结果表明仪器输出电流与剂量率具有较好的线性,仪器未表现出明显的饱和现象,且仪器对137 Cs具有较好的角响应,最大差异不超过18%。基于3、6 MV电子脉冲加速器和“XG-III”等激光装置开展了相关验证实验,获得了与Unidos标准电离室、TLD较为一致的结果,最大误差分别为7%和36%。基于以上模拟和实验,进一步验证了本仪器应用于超短超强激光装置致脉冲辐射场剂量实时测量的可行性,为此类脉冲辐射场提供了剂量率测量手段。

基于全装置蒙特卡罗模拟的超短超强激光装置光子剂量研究

为了准确评估激光装置靶室内、外的周围剂量当量分布情况,进一步验证剂量评估模型的合理性,利用蒙特卡罗程序FLUKA对激光靶室进行了全建模,基于现有电子源项理论模型以及XG-Ⅲ激光装置典型实验条件对靶室内外剂量情况进行了计算分析。为了更准确地测量光子周围剂量当量,需要对光子剂量测量组件进行设计,对不同能量区间电子对测量元件的总剂量贡献进行了模拟分析,在此基础上针对0~15 MeV区间电子的屏蔽进行了优化设计,最后对光子剂量测量组件的效果进行了模拟计算,并进行了设计优化。模拟结果表明靶室内、外电子周围剂量当量均高于光子剂量当量。激光靶室主观察窗内、外的电子与光子剂量水平相差约1个量级。相较于无屏蔽情况下,优化后的测量组件使电子剂量水平下降了99.7%,光子剂量水平仅衰减了30.9%,电子与光子的剂量比值约为0.12,总光子剂量中有5%是高能电子在PMMA中发生轫致辐射所贡献。模拟结果表明:经过对测量结果的合理修正,该组件可适用于强激光装置中靶室内的光子剂量测量。

超短强激光脉冲在大气传播中的自聚焦行为

通过建立涉及克尔效应和多光子电离效应的非线性数学模型 ,利用数值方法研究了超短激光脉冲在大气传播中的自聚焦行为。结果表明由自聚焦导致的成丝现象具有间断性 ,而不是一种稳态的模式。每次轴上的成丝都会由于光场损耗而减弱 ,但同时由于克尔效应会使离轴区域的能量间断地补充到光轴上。

超短强激光作用下空气的三次谐波辐射

进行了飞秒强激光与自由空气和充气毛细管相互作用产生三次谐波的实验研究 ,成功地获得了功率达0 .17GW、重复频率为 10Hz的紫外三次谐波信号。谐波的转换效率达到 0 .0 4%。对自由空气和充气毛细管中的谐波转换效率和谐波空间分布特性进行了比较。实验表明微毛细管虽然使谐波转换效率略有降低 ,但能有效地改善谐波的空间分布 。

超短强激光辐照Ar喷气靶的X射线发射

利用带差分抽运系统的高效高分辨率软 X射线大面积透射光栅光谱仪 ,对超短强激光脉冲辐照下氩气体靶的软 X射线发射特性进行了光谱诊断。测得了氩气 1 2 nm～ 35 nm范围内的 X射线发射光谱 ,并观察到

一维H_2^+与超短强激光脉冲相互作用的经典理论

采用全经典理论研究了一维氢分子离子Ｈ＋２与超短强激光脉冲相互作用的动力学过程．利用经典统计方法，对激发、离解、电离和离解电离概率的时间演化进行了数值计算．并对计算结果进行了分析．

超短强激光脉冲激励甲烷团簇的内电离机理

采用三维粒子动力学模拟方法研究了甲烷团簇在超短强激光脉冲激励下的爆炸动力学行为,重点讨论了几种典型的内电离机理对团簇爆炸过程中离子的价态和动能的影响.研究表明,在激光脉冲强度比较小的情况下,团簇中的原子主要是在光场作用下通过隧道电离的方式发生电离.当激光场进一步增强时,势垒压低电离是电离的主要方式.在相同的较高激光强度下,团簇更容易通过势垒压低电离达到高的电离价态.团簇发生电离后,其内部库仑电场的点火电离效应和内部滞留自由电子的碰撞电离效应也将增强团簇的再次电离过程.

用于超短强激光与气体靶相互作用实验的新型前置差分抽运系统

介绍了用于超短超强激光脉冲 -脉冲气体靶相互作用研究的新型差分抽运系统 ,与高效高分辨率大面积透射光栅光谱仪配合 ,进行了超短激光脉冲辐照下氩气喷靶的软 X射线发射特性的实验研究。实验表明 ,该谱仪有足够的灵敏度参与超短强激光脉冲辐照气体靶的软 X射线产生、X射线激光乃至高次谐波实验的软 X射线光谱诊断工作。

一维He与超短强激光脉冲相互作用的经典模型

采用经典理论研究了一维氦原子与超短强激光脉冲相互作用的动力学过程 .利用经典理论中的系综平均方法 ,对氦原子的一阶和二阶电离几率的时间演化进行了数值模拟 .并对模拟结果进行了分析 .

超短强激光脉冲在等离子体隧道中传输的理论与数值模拟研究

研究了超短强激光脉冲在非扰动抛物型部分电离的预等离子体隧道中的传输特性 .从Maxwell方程出发得到了两个包含衍射、三阶强度非线性、等离子体散焦、等离子体隧道聚焦以及相对论自聚焦等效应在内的激光场演化方程 ,即折射率方程和哈密顿 雅可比方程 .在此基础上得到了激光在等离子体隧道中传输的包络方程以及光斑半径与传输距离。

超短超强激光与Cu靶相互作用中质子背向发射的实验测量

在20TW激光器上进行了超短超强激光与金属Cu膜靶的相互作用实验,当靶厚度不同时,采用CR39核径迹探测器测量了质子发射的空间分布和产额;使用Thomson磁谱仪测量了靶背法线方向质子束的能量分布。测量结果表明:质子产额为105～106每发;质子束沿靶背法线方向发射,与入射激光方向无关,并且存在较小的发射立体角,在一定能量处出现截止,截止能量的大小与靶厚度有关。

超短超强激光与固体靶相互作用中超热电子的角分布

用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验。采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布。测量结果显示:能量较高的电子发射的定向性好于能量较低的电子;能量较低的电子呈溅射状发射;能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰,其中,激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果,靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生,且理论预言与实验结果相吻合。

超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子的产生

用 2D3VPIC粒子模拟方法得到了超短脉冲超强激光与固体靶相互作用中高能离子产生的图像 ,并对其机理进行了研究。在靶前后表面都观察到了高能离子的产生 ,并诊断了离子能谱。模拟结果表明 ,在靶前表面所产生的高能离子 ,角分布较大 ,在向靶内输运过程中会损失能量 ;在靶后表面产生的高能离子 ,定向性很好 ,能获得很高的能量。

超短超强激光及微团簇与大尺度团簇相互作用

用2.5 MV静电加器提供的高品质微团簇束与固体、气体和大尺度团簇(100->1000原子/团簇)碰撞,超强飞秒激光与大尺度氘团簇相互作用,研究微团簇在大尺度团簇中的库仑爆炸特性,研究超短超强激光场中大尺度氘团簇的聚变机理.本文将介绍此项实验研究的进展.

超短超强激光产生正电子的蒙特卡罗模拟

通过理论分析,建立了超短超强激光与固体靶作用产生正电子的蒙特卡罗模拟模型及Geant4模拟程序。模拟研究了靶材料、靶厚度及超热电子温度等对正电子产额的影响,结果表明:对铝、铜、锡、钽、金、铅6种靶材料,金靶的正电子产额最高,是优秀的正电子产生靶;不同超热电子温度下存在不同的最佳靶厚度,在最佳靶厚度以下,正电子产额随靶厚度增长而增大,靶厚度取3mm较为合适;超热电子温度越高,正电子产额也越高,提高激光强度是增加正电子产额的有效途径。模拟研究给出了正电子角分布及其能谱,结果显示,正电子发射明显前倾,从大于90°方向范围发射的正电子数量极少,且超热电子温度越高前倾特点越明显,能量呈类麦克斯韦分布,靶背法线方向出射的正电子的温度随超热电子温度升高而升高。

超短超强激光与等离子体相互作用中背向产生的离子能谱

实验研究了超短超强激光与7μm薄膜Cu靶的相互作用中靶背法线方向产生的质子和碳离子的能量分布。实验中采用CR39和Thomson磁谱仪相结合测量质子和碳离子能谱。实验中观察到了质子和C4+、C3+、C2+和C1+离子。实验结果表明:离子沿着靶背法线方向发射,离子在一定能量处出现截断;质子的产额远远高于碳离子产额;C4+、C3+、C2+和C1+最大截止能之比约为4:3:2:1。

超短超强激光等离子体相互作用研究的进展及其潜在的应用

从激光技术的发展、超短超强激光等离子体相互作用研究的特点、方法、内容及其潜在的应用等5个方面对强场物理在国内外的情况作了论述,进一步指出强场物理的实验研究及其应用依赖于激光装置的发展,而超短超强激光技术的发展又使得强场物理的研究变得更具前景、更具挑战性.