强激光高能量密度物理的若干进展和展望

随着大能量高功率激光和短脉冲超强激光技术的发展,人们可以在单位时间、单位空间内实现极高的能量密度,产生一系列原本只存在于天体或者核爆中的极端物理条件．对这种高能量密度条件下的物质规律的研究不仅极大地拓宽了物理学的研究领域,而且促进了不同学科之间的交叉与融合．本文将首先简单介绍强激光驱动的高能量密度实验室天体物理方面的几个进展,之后对下一代极端相对论激光物理的发展和影响进行展望．     

干燥激光净化能量密度阈值研究

论述了干燥激光净化的物理机制，应用力学平衡条件求出干燥激光净化时粒子逸出表面的脱附力以及单脉冲情况下干燥激光净化的辐照能量密度阈值，讨论了能量密度阈值随温度的变化规律．结果表明：干燥激光净化的能量密度阈值随温度升高而减小．     

空间分辨光谱测量研究准分子激光对AI表面的烧蚀

采用空间分辨光谱测量技术，研究了３０８ｎｍ紫外激光烧蚀Ａｌ表面发射粒子的动力学过程。通过测量溅射粒子发射谱中Ａｌ（Ｉ）３９６．１和Ａｌ（Ⅱ）２８１．７ｎｍ线强度的空间分布，以及激光能量密度和不同烧蚀环境压力对它们的发射强度空间分布的影响，讨论了紫外３０８ｎｍ激光溅射Ａｌ表面发射粒子的微观过程。认为Ａｌ原子和Ａｌ离子的激发机理不完全相同，它们除被等离子体中的高电子碰撞激发外，Ａｌ离子和电子的复合，也     

激光净化能量密度阈值的相轨道研究

建立了激光清洗的物理模型，探讨了激光辐照下基底表面和吸附粒子位置随时间的变化规律，作出粒子运动的相轨道，从相轨道角度对激光净化能量密度阈值进行研究．激光清洗Al基底上的Fe粒子，本文对激光清洗Al基底上的Fe粒子所计算的能量密度阈值比用其它方法得到的结果更与实验值接近．     

空间分辨光谱测量研究准分子激光对Al表面的烧蚀

采用空间分辩光谱测量技术，研究了３０８ｎｍ紫外激光烧蚀Ａ１表面发射粒子的动力学过程。通过测量溅射粒子发射光谱中Ａ１（Ⅰ）３９６．１和Ａ１（Ⅱ）２８１．７ｎｍ线强度的空间分布，以及激光能量密度和不同烧蚀环境压力对它们的发射强度空间分布的影响，讨论了紫外３０８ｎｍ激光溅射Ａ１表面发射粒子的微观过程。认为Ａ１原子和Ａ１离子的激发机理不完全相同，它们除被等离子体中的高能电子碰撞激发外，Ａ１离子和电子的复合，也是引起Ａ１原子激发的一个重要通道。     

等离子体源离子注入半圆碗状球内壁离子能量和角度分布

在等离子体源离子注入（PSII）技术中,被加工材料表明形状的弯曲使附近鞘层中电场结构出现聚焦效应,从而引起离子束流和离子注入剂量在材料表明上分布非常不均匀．在半圆容器表面情况下,这种情况尤为明显．利用MonteCarlo方法,考察了有共心附加零电位电极时半圆容器内底中央部位Ar^＋注入能量和角度分布及真空室中气压参数的影响．通过在不同半径的鞘层边界上随机抽取与半径成正比的离子数量,计算了注入到内底表面的所有离子能量分布和角度分布．在模型中,通过考虑两种主要碰撞过程：电荷交换碰撞和弹性碰撞．对不同工作气压下的离子注入进行了考察．随着中性气体压力的增加,离子在穿越鞘层的过程中与中性粒子经历比较频繁的碰撞．这些碰撞一方面使离子失去能量,另一方面也使离子改变运动方向,导致注入的低能离子和不垂直于表面入射的离子增多．     

Ho：YAG激光角膜热成形术对兔眼组织的生物效应

使用波长２．１μｍ的Ｈｏ：ＹＡＧ激光对兔眼周边部角膜行激光角膜热成形术（ＬＴＫ）。采用不同激光能量和脉冲数通过裂隙灯显微镜、光镜以及扫描、透射电镜，观察术后不同时间兔角膜的生物学反应特征，证实ＬＴＫ为安全、有效的术式，以能量密度７８Ｊ／ｃｍ＾２、２个脉冲、１０Ｈｚ频率，则光凝角膜深度可达角膜厚度７７％。     

激光熔蒸制备纳米硅微粒的Raman分析

以流动气体(N2，Ar2)作为反应环境。利用开放式激光熔蒸系统。通过改变制备参数：熔蒸激光强度，流动气体种类及其流速，激光熔蒸时间，制备出一系列纳米硅样品．利用Raman光谱对在不同参数下所得到的样品表面形貌进行分析，可以看出，激光强度对生成的样品表面形貌有最直接的影响。并决定生成粒子的大小．而流动气体的种类则影响着沉积粒子的分布及其大小．流动的气体防止生成的纳米硅在开放系统中被氧化。而激光熔蒸时间对样品表面形貌的作用则表现的不是很明显．     

紫外脉冲激光对聚氯乙烯（PVC）塑料刻蚀产物的研究

利用四极质谱和离子能量分析器，测定了紫外激光刻蚀ＰＶＣ塑料产生的分子、原子和离子产物的质量分布和各种离子的平动能分布，研究了激光通量对刻蚀的影响，发现离子的产生需要比中性产物有更高的激光阈值，讨论了紫外激光对ＰＶＣ塑料的刻蚀剥离机理。     

紫外脉冲激光泽聚氯乙烯（PVC）塑料刻蚀产物的研究

利用四极质谱和离子能量分析器，测定了紫外激光刻蚀ＰＶＣ塑料产生的分子，原子和离子产物的质量分布和各种离子的平动能分布，研究了激光通量对刻蚀的影响，发现离子的产生需要比中性产物有更高的激光阈值，讨论了紫外激光对ＰＶＣ塑料的刻蚀剥离机理。     

CO2脉冲激光掺杂太阳能电池的研究

采用ＣＯ２脉冲激光掺杂，在Ｐ型和Ｎ型硅中掺入锑和铝，形成浅突变ＰＮ结太阳能电池，通过卢瑟福背散射，给出了ＰＮ结结深和杂质浓度分布，研究了预热温度、激光辐照能量密度、激光脉冲个数对方块电阻和太阳能电池开路电压的影响，并给出了太阳电池ＩＶ特性曲线     

强激光冲击波作用下Al2O3陶瓷材料的断裂特征

使用激光冲击对Al2O3陶瓷进行了冲击试验,并通过扫描电子显微技术,对陶瓷材料在强激光冲击下的断口形貌进行了分析．发现随激光能量的变化。陶瓷出现不同的断裂特征．在高能量激光冲击下,试样宏观上出现中心裂纹,其微观主要仍以沿晶断裂和穿晶解理所形成的脆性断裂模式为主;但在激光能量降低到一定程度的情况下,脆性陶瓷材料在拉伸波作用下出现锥形断裂,而微观上也出现一定的塑性滑移特征,主要表现为晶界处出现大量的滑移线;在更低能量下陶瓷未出现破裂,硬度分析结果显示具有微观塑性变形强化现象．     

激光能量密度分布的测量方法

提出一种用于激光能量密度分布测量与分析的方法, 首先采用图像处理方法对激光光斑图像进行检测处理, 再对激光光斑波面进行拟合, 并采用伪彩色对激光能量分布进行三维显示. 采用Zernike多项式对波前进行拟合和重构, 讨论了拟合采样点的布设方法, 并用激光能量密度测试精度平均误差较小的同心放射状采样点布局方案. 采用伪彩色算法对二维光斑图像进行三维模型显示, 反映光斑不同区域能量分布的相对 大小和位置. 实验结果表明, 该方法基本满足激光能量密度分布检测的要求.     

光学介质薄膜抗激光损伤特性的研究

采用离子束辅助沉积的方式镀制了几种介质膜料的单层膜。利用1.064μm调Q Nd：YAG脉冲激光器,对它们的损伤特性进行了研究。观察并讨论了在不同激光能量下薄膜的损伤现象,同时利用TaylorHobson干涉仪检测了薄膜表面的粗糙度变化。研究表明,在不同的激光能量下,单层HfO2薄膜出现了不同的损伤形态,且表面粗糙度随着激光能量的增加有正相关的变化;在同一激光能量下,不同工艺条件制备的HfO2薄膜有不同程度的损伤,可以得到较好的制备工艺参数;三种不同的氟化物薄膜即氟化镁（MgF2）、氟化钡（BaF2）、氟化钇（YF3）在相同的激光能量下,也出现了不同的损伤形貌,得出了损伤阈值高的薄膜是氟化钇薄膜。     

激光光斑能量分布的MATLAB处理方法

使用MATLAB对激光光束能量密度分布的处理,是空间整形实验中进行整形效果分析评估的有效途径。文章重点介绍了MATLAB用于激光光斑能量分布检测的处理方法,实验中用CCD拍摄了倍频YAG激光斑,通过用该分析方法对所拍摄的光斑进行了处理,成功的得到了光斑的能量密度分布,给出了光斑能量分布图,形象地反映了光斑不同区域能量的分布。     

飞秒强激光场下分子的场致电离和库仑爆炸

利用飞行时间质谱仪和飞秒激光放大系统,对分子在飞秒强激光脉冲作用下的场致电离和库仑爆炸过程进行了研究.在飞行时间质谱中,原子离子的谱峰分裂标志着这些原子离子来源于高价母体离子的库仑爆炸.通过对不同结构的分子在飞秒强激光下的库仑爆炸研究,发现这些分子离子的爆炸是一个协同过程.母体离子的角分布呈现了高度的各向同性,而原子离子则呈现了高度的各向异性分布.这说明分子在飞秒激光场中发生了空间准直和重新定位.     

高压加速辉光放电离子阵鞘层离子轰击靶阴极的蒙特卡罗模拟

用蒙特卡罗方法模拟计算了辉光放电中脉冲加速离子阵鞘层Ｎ＋１，Ｎ＋２离子到达靶阴极表面的能量分布和入射角分布。研究了靶室不同气压和不同温度下能量分布和入射角分布的变化     

金属材料中激光产生Lamb波的数值模拟

材料表面吸收激光辐照的能量后,产生瞬态温度场进而引起材料表面层的热膨胀,产生超声波．从超声波沿不同方向传播的特性出发,根据激光作用源的特征,建立了热弹性有限元模型,研究了激光和材料相互作用的瞬态过程,包括瞬态温度场和瞬态应力场及其分布．数值模拟结果表明：瞬态温度分布等效于体力源,其中轴向应力将产生纵波,径向应力将产生横波,激光作用在薄金属材料中激发出Lamb波．     

激光大气等离子体电子温度的空间分布特性

利用Nd：YAG激光器产生的1．06μm激光束（脉冲能量为500mJ，脉冲宽度为10ns，重复频率为10Hz）聚焦形成长约为8cm直径为5cm的激光大气等离子体柱，用光谱测量的方法，分别治平行于激光柬方向和垂直于激光束方向探测了该等离子体柱的空间分辨光谱，并由此反演得出电子温度空间分布特性．实验结果表明：激光大气等离子体中各种离子和电子呈橄榄形分布，即沿激光束方向分布不对称，而垂直激光柬方向对称分布，最高电子温度约为3000K．此结果对了解激光大气等离子体中各种处在不同状态的原子、分子和离子的空间分布特性提供了依据，进一步揭示了激光大气等离子体的微观结构．     

355 nm YAG皮秒脉冲激光晶化非晶硅薄膜的研究

 使用355 nm YAG皮秒脉冲激光对250 nm厚的非晶硅薄膜进行激光晶化的研究,并利用金相显微镜、拉曼光谱和X射线能谱（EDS: energy dispersive spectrometer）等对晶化样品进行了分析。结果表明：随着激光脉冲能量的增加,完全熔区和部分熔区的宽度均明显增大。在所研究的脉冲能量范围内（15 μJ—860 μJ）,所有样品的完全熔区的拉曼光谱均无非晶硅或晶体硅的特征峰,而位于完全熔区边缘的部分熔区的拉曼光谱却显示出晶体硅的特征峰,这可能是因为完全熔区接受到的激光能流密度过大,造成区内绝大部分非晶硅薄膜气化蒸发。这个推测进一步得到了X射线能谱分析结果的证实。X射线能谱分析结果表明,完全熔区的成份主要是玻璃与硅反应生成的硅化物,其表面被二氧化硅层所覆盖。