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从“强场原子物理”到“强场原子核物理”
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作者 王旭 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第24期28-36,共9页
20世纪80年代中期,啁啾脉冲放大技术(2018年诺贝尔物理学奖)突破了激光强度提升的瓶颈,激光强度跨越了原子单位的门槛(1个原子单位激光强度对应功率密度3.5×1016 W/cm2).这样强的激光场可以在原子、分子中诱导出高阶非线性响应,导... 20世纪80年代中期,啁啾脉冲放大技术(2018年诺贝尔物理学奖)突破了激光强度提升的瓶颈,激光强度跨越了原子单位的门槛(1个原子单位激光强度对应功率密度3.5×1016 W/cm2).这样强的激光场可以在原子、分子中诱导出高阶非线性响应,导致一系列新的物理现象,其中尤其重要的是高次谐波辐射和阿秒光脉冲产生(2023年诺贝尔物理学奖).随着强激光技术的进步,当前激光强度已达到1023 W/cm2量级,并在进一步提升中.这样强的激光场能否在原子核中诱导出类似的高阶非线性响应、将“强场原子物理”推进至“强场原子核物理”?最近的研究发现,当前的强激光至少可以在一个特殊的原子核,即钍-229原子核诱导出高阶非线性响应.这得益于该原子核存在一个能量极低的激发态和超精细混合效应对于光核耦合的增强.高阶非线性响应的触发可以极大地提升原子核的激发概率和调控效率.类似原子,被强激光驱动的原子核也会向外辐射高次谐波.“强场原子核物理”开始成为光与物质相互作用以及核物理研究的新前沿,提供基于强激光的原子核激发和调控新方案,以及基于原子核跃迁的相干光辐射新途径. 展开更多
关键词 强场原子物理 激光核物理 高阶非线性响应 高次谐波
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TC4钛合金表面激光熔覆CoCrNi基合金涂层的温度场模拟
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作者 刘冉 姜欣宇 +2 位作者 马左成 杨瑞 李颖 《热喷涂技术》 2024年第2期65-80,共16页
利用COMSOL对TC4表面激光熔覆制备CoCrNiMo_(x)及CoCrNi(WC)_(x)高熵合金涂层的熔化与凝固过程的温度场进行模拟,建立了三维多物理场并存的瞬态模型,同时考虑了传热、流体传热、对流以及表面熔覆层生长过程,分析对比了扫描速度、激光功... 利用COMSOL对TC4表面激光熔覆制备CoCrNiMo_(x)及CoCrNi(WC)_(x)高熵合金涂层的熔化与凝固过程的温度场进行模拟,建立了三维多物理场并存的瞬态模型,同时考虑了传热、流体传热、对流以及表面熔覆层生长过程,分析对比了扫描速度、激光功率等参数对添加不同含量Mo及WC的CoCrNi基合金温度场的影响。通过模拟结果可以得知,激光熔覆过程中熔池的主要驱动力为马兰戈尼力,提高Mo含量时会使涂层温度场的最大值降低,但同时速度场和压力场的最大值会上升。此外,使用CoCrNiMo_(2)作为涂层粉末相比于熔覆CoCrNi(WC)_(2),会在温度场、速度场和压力场均观察到较低的数值;激光功率逐渐升高,激光熔覆产生的熔池的中心温度也随之升高,且熔池的宽度、深度也将有所升高;扫描速度逐渐升高时,熔池中心最高温度显著降低,熔覆层起始位置明显推迟,熔覆层厚度明显减少,熔池的几何尺寸变小且熔池底部形貌对称性变差。 展开更多
关键词 激光熔覆 高熵合金涂层 温度场模拟 多物理场
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从啁啾脉冲放大到强场激光物理——2018年诺贝尔物理学奖解读 被引量:3
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作者 冷雨欣 《自然杂志》 2018年第6期400-406,共7页
1985年,Donna Strickland和Gérard Mourou等提出了啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification,CPA)技术的概念,这是超高峰值功率超短脉冲激光技术发展的一个重要里程碑,直接推动了超强超短激光和强场激光物理等研究领域的诞生。目... 1985年,Donna Strickland和Gérard Mourou等提出了啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification,CPA)技术的概念,这是超高峰值功率超短脉冲激光技术发展的一个重要里程碑,直接推动了超强超短激光和强场激光物理等研究领域的诞生。目前,利用CPA技术已经可以获得峰值功率达到10拍瓦(PW,1 PW=10^(15) W)量级的激光脉冲,被认为是"将影响从聚变到天体物理的每一项研究"的成果。也正因此,发明啁啾脉冲放大(CPA)技术的法国科学家Gérard Mourou和加拿大科学家Donna Strickland,获得了2018年诺贝尔物理学奖。首先,初步介绍了Strickland和Mourou提出的啁啾脉冲放大(CPA)技术;然后,结合上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点室在超强超短激光技术和强场激光物理研究等方面的成果,以及承担的国家重大科技基础设施项目"上海超强超短激光实验装置",简单介绍了Gérard Mourou和Donna Strickland获奖的意义;最后,对相关领域未来发展进行了初步的展望。 展开更多
关键词 啁啾脉冲放大 超强超短激光 强场激光物理
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高能激光武器目标打击的多物理场系统仿真 被引量:6
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作者 张昊春 宋乃秋 +1 位作者 戴赞恩 赵杨 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期526-532,共7页
由于高能激光武器破坏目标的瞬时性、反应的复杂性以及测试成本高昂,使得通过实验评估激光武器的毁伤威力具有很大难度,因此,通过数值模拟的方法对其毁伤威力进行建模仿真可以有效评估其攻防性能。在计算温度场时考虑了相变情况下材料... 由于高能激光武器破坏目标的瞬时性、反应的复杂性以及测试成本高昂,使得通过实验评估激光武器的毁伤威力具有很大难度,因此,通过数值模拟的方法对其毁伤威力进行建模仿真可以有效评估其攻防性能。在计算温度场时考虑了相变情况下材料导热率的变化以及材料熔化时熔化潜热对温度场的影响,建立了相应的位移场、应力场数理模型并进行模拟。将多物理场模型整合到仿真系统中,对激光武器打击目标的过程进行了系统仿真,模拟出不同工况下高能激光武器对目标的毁伤效果。仿真结果表明,激光辐照Al材料3.01s时,激光实时功率密度为0.930 8 W/cm^2,材料外壁面温度达到600℃,内壁面温度为352.522℃,此时材料表面刚刚达到熔化,但其所受应力已使材料发生脆性断裂,材料已被破坏。 展开更多
关键词 高能激光武器 毁伤 传热 多物理场 仿真
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强场X射线激光物理 被引量:4
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作者 沈百飞 吉亮亮 +2 位作者 张晓梅 步志刚 徐建彩 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期55-72,共18页
相干X光,特别是X射线自由电子激光技术的发展提供了一种新的产生超强光场的途径.由于其较高的光子能量、高峰值功率密度与超短的脉冲长度,有望将强场激光物理从可见光波段推进到X光波段.目前,基于X射线的非线性原子分子物理已取得了初... 相干X光,特别是X射线自由电子激光技术的发展提供了一种新的产生超强光场的途径.由于其较高的光子能量、高峰值功率密度与超短的脉冲长度,有望将强场激光物理从可见光波段推进到X光波段.目前,基于X射线的非线性原子分子物理已取得了初步进展,随着X射线光强的提升,相互作用将进入相对论物理、强场量子电动力学(quantum electrodynamics,QED)物理等领域,为激光驱动加速与辐射、QED真空、暗物质的产生与探测等带来新的科学发现机会.本文对强场X射线激光在固体中的尾场加速、真空极化、轴子的产生与探测等方面进行介绍,旨在阐明X射线波段强场物理在若干基础前沿与关键应用方面的独特优势,并对未来的发展方向进行展望. 展开更多
关键词 X射线激光及探测 强场激光物理 粒子加速与辐射 量子电动力学物理 暗物质探测
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空气激光:面向大气遥感的高分辨光谱技术
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作者 张海粟 乔玲玲 程亚 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第23期72-78,共7页
空气激光是以空气为增益介质产生的无谐振腔自由空间相干辐射,具有高准直度、高相干性以及高强度等显著优势.基于高功率超短激光脉冲非线性传输成丝过程,可以远程诱导产生空气激光从而为大气遥感探测提供理想光源.得益于空气激光产生时... 空气激光是以空气为增益介质产生的无谐振腔自由空间相干辐射,具有高准直度、高相干性以及高强度等显著优势.基于高功率超短激光脉冲非线性传输成丝过程,可以远程诱导产生空气激光从而为大气遥感探测提供理想光源.得益于空气激光产生时伴随的原子分子相干激发过程,空气激光远程探测技术具有高光谱分辨率和高探测灵敏度,为痕量分子探测、温室气体监测以及工业污染物检测等远程遥感应用提供了有力工具.本文简单介绍空气激光的物理机制,着重回顾空气激光远程探测的各种应用并对未来研究做出展望. 展开更多
关键词 大气遥感 空气激光 拉曼光谱 强场物理
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利用频率相近的双色激光驱动氢原子产生单个短脉冲 被引量:2
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作者 杨奕婷 乔豪学 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期405-410,共6页
通过研究双色场中三维氢原子的高次谐波,发现当作为驱动源的两束光频率比为3:5,且附加光相对于基本光的强度比落在某个特殊值(0.35)时,叠加截止区的高次谐波能直接得到单个的短脉冲。提出利用双色场获取单个短脉冲的新方案,该方案的要点... 通过研究双色场中三维氢原子的高次谐波,发现当作为驱动源的两束光频率比为3:5,且附加光相对于基本光的强度比落在某个特殊值(0.35)时,叠加截止区的高次谐波能直接得到单个的短脉冲。提出利用双色场获取单个短脉冲的新方案,该方案的要点是:作为驱动源的两束光,频率要是比较接近的奇数比;附加光的相对强度要是一个特殊值,使不同通道间的干涉相消抑制其它脉冲。在进一步的研究中可选取束缚能更高的原子,扩展截止区的位置,使得到单脉冲的脉宽更窄。 展开更多
关键词 激光物理 单个短脉冲 双色激光场 三维氢原子的高次谐波 量子通道
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激光辐照下卫星筒体部分多物理建模及毁伤效应分析 被引量:4
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作者 孙铭远 张昊春 +1 位作者 曲博岩 金亮 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期542-549,共8页
激光反卫星武器是干扰、破坏星载光电仪器设备或摧毁卫星平台的重要手段。基于Fourier的非稳态导热方程,结合靶材内部的实际结构和金属材料的高温特性,通过建模与数值仿真,实现了卫星筒体在激光辐照下毁伤的仿真过程,获得了典型工况下... 激光反卫星武器是干扰、破坏星载光电仪器设备或摧毁卫星平台的重要手段。基于Fourier的非稳态导热方程,结合靶材内部的实际结构和金属材料的高温特性,通过建模与数值仿真,实现了卫星筒体在激光辐照下毁伤的仿真过程,获得了典型工况下靶材的温度、熔化深度和内部应力分布等多物理变化规律。分析了不同功率密度的激光对靶材温度场和熔化速率的影响,以及靶材内部的应力耦合现象。分析结果表明:随着激光功率密度的不断升高,靶材的毁伤速率不断增加,但在相变处其熔化速率趋于稳定;同时,在典型工况下,由于应力耦合效应靶材会在极短的时间内超出许用应力值,发生损毁。 展开更多
关键词 高能激光 建模仿真 毁伤效应 多物理场
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强激光驱动线圈靶磁场产生及应用研究进展
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作者 原晓霞 周沧涛 +5 位作者 张华 吴思忠 陈鹏 滕建 张博 仲佳勇 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期3-11,共9页
介绍了以强激光驱动电容线圈靶的实验方法产生磁场的基本模型及其发展过程。对比了实验室中常用的三种磁场诊断方法,包含:B-dot、法拉第旋转以及质子背光,发现前两种方法在实验中仅可以获得距离靶较远处的有限个磁场值,通过结合模拟工... 介绍了以强激光驱动电容线圈靶的实验方法产生磁场的基本模型及其发展过程。对比了实验室中常用的三种磁场诊断方法,包含:B-dot、法拉第旋转以及质子背光,发现前两种方法在实验中仅可以获得距离靶较远处的有限个磁场值,通过结合模拟工具获得靶处的磁场值与测量点的值跨越几个数量级,容易产生误差;质子背光诊断可以在实验中获得全局磁场信息,能够较好地满足线圈靶磁场诊断的需求。由于线圈靶磁场强且可持续时间长,在时空分布上具有一定可控性,因此我们将其应用到了磁重联的研究中,并成功获得了重联出流等特征。另外线圈靶在带电粒子的约束和磁流体动力学研究等多方面也得到了应用。 展开更多
关键词 强激光 强磁场 高能量密度物理
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基于飞秒激光与物质相互作用的高次谐波产生及应用 被引量:18
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作者 戴晨 汪洋 +3 位作者 缪志明 郑伟 张林枫 吴成印 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第3期1-14,共14页
飞秒强激光与物质相互作用后辐射出的高次谐波,具有单光子能量高、脉冲持续时间短、时空相干性好等特性,可以作为实验室台式化超快真空紫外和软X射线波段光源,同时高次谐波也可用于产生阿秒脉冲。这些先进光源的产生,极大地丰富了人类... 飞秒强激光与物质相互作用后辐射出的高次谐波,具有单光子能量高、脉冲持续时间短、时空相干性好等特性,可以作为实验室台式化超快真空紫外和软X射线波段光源,同时高次谐波也可用于产生阿秒脉冲。这些先进光源的产生,极大地丰富了人类物质科学的研究手段。结合本课题组的高次谐波研究进展,介绍了气体高次谐波和固体高次谐波的产生原理、优化及应用。 展开更多
关键词 原子与分子物理学 强场物理 高次谐波产生 阿秒脉冲 超快动力学
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双色激光场作用下水的高次谐波光谱移动 被引量:2
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作者 赵旭琳 白丽华 +1 位作者 白亚 刘鹏 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第13期261-267,共7页
通过求解长度规范下的半导体布洛赫方程,分析了液态水在双色场驱动下发射高次谐波光谱的特征。研究表明,通过调节双色场中基频和倍频脉冲的相对相位,高次谐波光谱呈现出周期性调制的特征。在一个调制周期内,奇次谐波会随着相对相位的增... 通过求解长度规范下的半导体布洛赫方程,分析了液态水在双色场驱动下发射高次谐波光谱的特征。研究表明,通过调节双色场中基频和倍频脉冲的相对相位,高次谐波光谱呈现出周期性调制的特征。在一个调制周期内,奇次谐波会随着相对相位的增加发生红移,而产率先增大后减小。时域分析结果表明,光谱移动源于正负半周期之间发射高次谐波频谱的干涉效应。 展开更多
关键词 物理光学 高次谐波 双色激光场 光谱红移 频谱干涉
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强场物理—— 一门崭新的学科 被引量:31
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作者 张杰 《物理》 CAS 1997年第11期643-649,共7页
强场物理是一门正在形成之中的新学科,给许多传统学科带来了巨大的冲击和发展机遇.文章简要评述了强场物理目前的研究热点.
关键词 强场物理 超短脉冲激光 高次谐波 X射线激光
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螺线管传输并聚焦高能质子束的数值模拟
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作者 张忠亚 沈百飞 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期276-282,共7页
采用3Dparticle-in-cell(PIC)数值模拟方法,研究高品质高能质子束经由脉冲电流螺线管传输并聚焦于远端的情况。模拟结果表明:初始时刻中心能量为250MeV,能散度为10%,空间发散角小于15mrad的质子束,通过长度为760mm、中心磁感应强度为10.... 采用3Dparticle-in-cell(PIC)数值模拟方法,研究高品质高能质子束经由脉冲电流螺线管传输并聚焦于远端的情况。模拟结果表明:初始时刻中心能量为250MeV,能散度为10%,空间发散角小于15mrad的质子束,通过长度为760mm、中心磁感应强度为10.87T的通电螺线管,可以被聚焦于距离质子源约2.5m的远端,焦斑横截面直径约为1.2mm,小于模拟初始时刻的1.8mm,质子数目的损失小于3%。研究结果表明利用通电螺线管来传输和调控高能质子束流的方案是可行的。该方案可用于优化质子束流品质,促进激光驱动质子加速在癌症治疗等对质子束单能性和发散角要求较高的领域得到早日应用。 展开更多
关键词 原子与分子物理学 强场激光物理 螺线管 PIC数值模拟 质子束 离子光学
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Even-odd harmonics generated from above-threshold ionization
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作者 Dong-Sheng Guo Jing-Tao Zhang +4 位作者 Zhen-Rong Sun Jin T. Wang Ju Gao Zhi-Wei Sun R. R. Freeman 《Frontiers of physics》 SCIE CSCD 2014年第1期69-73,共5页
We are reporting a theoretical prediction: The photoelectrons forming above-threshold-ionization (ATI) peaks emit both even and odd harmonics. These harmonics exhibit plateau and cut-off features similar to those o... We are reporting a theoretical prediction: The photoelectrons forming above-threshold-ionization (ATI) peaks emit both even and odd harmonics. These harmonics exhibit plateau and cut-off features similar to those odd-only harmonics observed in ATI experiments. 展开更多
关键词 strong-field laser physics above-threshold inoization high harmonic generation evenodd harmonics nonperturbative quantum electrodynamics
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