基于OpenMP的飞秒强激光在空气中传输并行计算

轴对称超短强激光在空气中的传输可以用2D+1维非线性薛定谔方程来描述,该方程一般可用FCN方法进行求解,即在时间上应用快速傅里叶变换方法、在空间横截面上采用Crank-Nicholson差分法。但由于计算非常耗时,传统串行的FCN方法只能计算强激光在百m量级距离上传输。基于OpenMP设计了求解2D+1维非线性薛定谔方程的并行方法及其程序。数值模拟结果证明了程序的正确性和较高的并行效率。当线程数为15时并行加速比为12。此并行方法可应用于模拟长距离的超短超强激光的传输。

飞秒强激光脉冲在等离子体中的自压缩

文章从激光等离子体相互作用的非线性薛定谔方程出发,理论研究了飞秒强激光脉冲在等离子体中的自压缩行为.结果表明在一定范围内随着激光脉冲宽度、激光强度的增大以及等离子体密度的减小,飞秒强激光脉冲在等离子体中传播的自压缩现象越明显.另外通过适当设定参量得到了近似稳定传播的基孤子.

环辛酮分子在飞秒强激光场中的解离研究

本文首先利用基于密度泛函理论的B3LYP方法,采用6-31/+g(d,p)基组,对环辛酮分子及其离子化分子进行了结构优化,对C8H14O+进行了频率计算.而后,对C8H14O+红外活性强的振动模式进行分析,得到了环辛酮分子在飞秒激光作用下的解离碎片.最后,应用基于密度泛函理论的B3LYP方法,采用6-31/+g(d,p)基组,对这些碎片的结构进行了优化,从而得到了环辛酮分子在飞秒激光作用下的解离产物.

飞秒强激光场下的分子动力学研究

飞秒激光通常伴随着极短的脉冲宽度和极强的脉冲强度，前者使人类能够在飞秒的时间尺度内实时观察分子的动力学过程，揭示化学反应的本质。而后者则可以极大地改变分子的行为，使分子发生取向、电离、解离和库仑爆炸等。飞秒激光正由过去的测量工具向现在的控制工具转变，利用飞秒激光控制分子的上述行为，是目前研究热点之一。要想实现对分子上述过程的有效控制，首先必须对这些过程进行深刻的了解。

飞秒强激光的拉曼延迟克尔非线性效应研究

飞秒强脉冲激光具有高功率、窄脉宽和宽光谱等特点,其在大气传输过程中涉及很多线性和非线性的物理机制,高阶效应对传输将产生一系列重要的影响。采用数值方法求解包含拉曼延迟响应的非线性传输方程,研究了与拉曼延迟响应时间相当的、具有几十飞秒脉宽的飞秒强激光大气传输中拉曼延迟克尔非线性效应引起的非线性折射率变化、自聚焦和光谱展宽特性。数值结果表明:拉曼延迟克尔非线性效应的存在使得非线性折射率的峰值减小并向脉冲尾部偏移,随着拉曼延迟响应所占比例的增加,这种现象越明显;轴上光强分布不再沿脉冲中心对称,自聚焦效应首先发生在脉冲的尾部,并且减弱了光束的非线性自聚焦效应;拉曼延迟克尔非线性效应引起的长波频谱增量成分大于短波频谱增量成分,使展宽后频谱中心发生了红移;初始脉宽0τ越小,拉曼延迟响应对传输特性的影响越大。

甲烷在飞秒强激光场中的解离

用波长为800nm,脉宽为160fs,强度范围为7.6×1013～1.4×1014W·cm-2的强激光使甲烷分子解离,并用质谱仪检测产生的离子.母体离子在较低的激光强度(7.6×1013W·cm-2)下出现;当激光强度增加到8.0×1013W·cm-2时,CH3+开始出现;CH2+、CH+和C+离子出现的阈值分别为1.0×1014W·cm-2,1.4×1014W·cm-2和1.4×1014W·cm-2.这些现象表明甲烷的解离是一个顺序过程.质谱图中没有多电荷离子,因此排除了发生库仑爆炸的可能.以线偏振激光作用于甲烷,只有H+离子有各向异性的角度分布,暗示分子中的化学键是被激光外场拉断的,且初级产物离子H+是沿着激光电场的方向飞出.提出的准双原子分子模型较好地解释了实验结果.

氢团簇在飞秒强激光场中的动力学行为

利用分子动力学方法研究了氢团簇在飞秒强激光场中的动力学行为.与库仑爆炸模型所预言的不同,团簇的膨胀是各向异性的,质子平均动能沿激光场极化方向上的分量要明显大于垂直于激光场极化方向上的分量.讨论了团簇各向异性膨胀产生的原因,分析了激光和团簇参数对各向异性程度的影响.

飞秒强激光场中异核团簇的爆炸动力学

利用Bathe过势垒模型,对飞秒强激光场中异核分子团簇((CH4)n,(CD4)n,(D2O)n)的爆炸动力学过程进行了理论研究。结果表明:异核团簇爆炸后产生的离子能量与团簇初始半径的平方呈线性关系,爆炸机理为典型的库仑爆炸。研究发现,异核分子团簇发生库仑爆炸后的氘离子能量高于飞秒强激光和单核的(D)n团簇相互作用后产生的氘离子能量,显示异核团簇中高Z元素电离后产生的高价离子对低Z元素离子有很强的加速作用。

飞秒强激光诱导人工降雪首次实现

近期《自然—光子学》杂志在＂News＆Views＂专栏中,专题报道了中科院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室徐至展、李儒新研究组首次利用飞秒强激光在云室中非线性成丝诱导大面积降雪的重要科学发现。

CO_(2)分子在飞秒强激光场中的光电离实验研究

利用真空腔体系统、超声脉冲分子束系统和直线式飞行时间质谱仪等实验装置,研究了线性三原子分子CO_(2)在波长800 nm,重复频率1 000 Hz、脉宽35 fs的飞秒强激光场中光电离行为.测量了CO_(2)分子随激光光场强度和激光偏振状态变化的飞行时间质谱.基于飞秒强激光场理论,从激光的偏振度效应、极化效应和光强依赖关系等方面,对CO_(2)分子在飞秒强激光场中光电离进行了分析.

飞秒超强激光在空气中光丝现象的研究

综述了飞秒超强激光脉冲在大气中传输机理的研究进展和现状 ,阐述了光丝现象的形成原理及其传输机制 ,并对其实验方法及其在实际中的应用做了详细分析 。

飞秒强激光作用下微毛细管等离子体X射线辐射特性

进行了超短强激光脉冲与玻璃微毛细管相互作用的探索性研究。对不同能量下 ,不同长度的玻璃毛细管的X射线谱进行了测量、分析。结果表明由于微毛细管的光导作用 ,随着微毛细管长度的增加 ,X射线的强度显著增强。利用复合辐射吸收边测量了作用过程中毛细管等离子体温度 。

飞秒强激光与欠稠密等离子体相互作用中的二次谐波辐射

对超短超强激光脉冲 (45fs,6× 10 17W /cm2 )与光致电离氦气形成的欠稠密等离子体相互作用中的二次谐波辐射进行了实验研究。测量了多种打靶强度的飞秒激光脉冲与不同气体密度氦气相互作用的二次谐波光谱 ,得到在欠稠密等离子体中二次谐波辐射与打靶激光能量的关系 ,分析了产生二次谐波辐射产生的物理机制 ,在考虑了强短脉冲激光电离气体产生的等离子体径向电子密度梯度因素 。

飞秒强激光脉冲与氢团簇相互作用产生的最大质子能量与团簇尺寸的相关性

报道了飞秒强激光脉冲（60fs，790nm，2×10^16W／cm^2与纳米尺寸的氢团簇（半径rc约为1～3nm）相互作用，产生的最大质子能量Emax对于团簇半径rc相关性的实验研究结果。从激光-氢团簇相互作用产生的质子的飞行时间谱测量以及团簇尺寸的瑞利散射诊断结果，得到Emax与rc^2成线性正比关系，比例系数为0．75，与报道的理论模拟结果一致，表明氢团簇发生纯库仑爆炸。实验结果同时提示，进一步的理论模拟应考虑气体喷流中团簇的尺寸分布。

飞秒强激光脉冲与H原子团簇相互作用的库仑爆炸过程模拟

运用经典粒子动力学模拟方法 ,研究了飞秒强激光脉冲 (10 15～ 10 16W/cm2 )与正二十面体构型氢原子团簇H13 ,H55,H14 7和H3 0 9的相互作用。通过模拟分析团簇的膨胀过程 ,发现团簇的膨胀是各向同性的 ,团簇的膨胀尺度R(t) /R(0 )随团簇尺寸的增大而减小 ,即团簇尺寸愈大 ,与激光相互作用后膨胀碎解过程愈慢。研究结果表明 ,随着团簇中原子数目的增多 ,团簇库仑爆炸后所产生的离子的动能相应增大。由于正二十面体的对称壳层结构 ,离子动能分布具有尖峰结构。团簇库仑爆炸后离子的最大动能Emax 与团簇库仑爆炸前的尺寸的平方成正比。且Emax 随激光光强I增加而增大。但是当I增大到一定值Is时 ,Emax 将出现饱和 ,这是因为I的增强已经不再改变团簇内原子的电离状态。随着团簇尺寸的增大 。

甲醇在飞秒强激光场中的解离

甲醇在激光强度为1013～1014W/cm2,脉冲宽度为80fs的飞秒激光照射下发生解离,产生的碎片离子用飞行时间质谱仪检测。当激光强度较低时,首先出现母体离子CH3OH+.逐渐增加激光强度,母体离子解离产生初级碎片离子.氘代甲醇的实验结果证明此碎片离子是CH2OH+,即甲醇的母体离子首先断C-H键.进一步增加激光强度,母体离子的C—O键也会断裂产生CH3+.当激光强度更高时,出现更小的碎片离子.解离甲醇时,只有H+碎片随激光偏振方向呈现各向异性.这些实验事实表明:甲醇是顺序解离而不是库仑爆炸,激光的电场将该分子中的C-H键拉断.

飞秒强激光场中氢原子团簇的各向异性膨胀

利用LAMMPS程序研究了氢原子团簇在飞秒强激光场下的动力学行为,讨论了引起小氢原子团簇各向异性膨胀的原因.通过对外电离过程中团簇内部电子的行为以及团簇各个方向上最外层质子距离团簇中心的距离随时间的变化情况的分析,发现团簇的膨胀呈现各向异性,且引起这种各向异性的根源在于团簇内部电子的抖动以及逃逸.对氢原子团簇与强激光场相互作用过程中质子各能量分量以及各向异性程度随时间变化情况进行了研究,发现各向异性程度是随时间变化的,这种各向异性程度首先随着激光电场的增强而增加,随后又逐渐减小,直到最后趋于某一大于1的稳定值.分析了激光脉冲结束后质子的平均能量与观测角之间的关系,并将分析结果与Ditmire小组的实验结果进行了比较,发现我们的模拟结果在定性上与实验相符合.

强激光场中氘团簇引发核聚变的复合膨胀机制

在超强飞秒激光与氘团簇的相互作用中,分析了可以引发核聚变的高能氘核产生的原因,提出了团簇复合膨胀的机制,计算了氘核动能及团簇解体的时间,为选取合适的激光脉冲宽度参数提供参考。

激光、激光技术 激光物理

TN241 2005042496 光学超短脉冲整形的研究进展=A review of optical ultra- short pulse shaping[刊,中]／俞本立(安徽大学信息材料与器件重点实验室．安徽,合肥(230039)),毛红敏／／安徽大学学报(自然科学版),-2005,29(2),-45-49 介绍了国内外几种光学脉冲整形方法的发展概况,如电光原理,非线性双折射原理,空间滤波原理等,重点介绍了使用不同空间光调制器的4F结构整形系统;最后探讨了超快脉冲整形技术的发展方向。图3参18(杨妹清)

氢分子离子在强场中的电荷共振增强电离

通过理论模拟氢分子离子处在高振动态下的库仑爆炸核初始动能释放谱,详细地研究了强场中氢分子离子在相应振动态的电荷共振增强电离过程.计算结果表明:振动态为υ=5的电荷共振增强电离过程和振动态为υ=6、7的电荷共振增强电离过程是不相同的.