利用超强激光脉冲与平板等离子体相互作用产生超热电子

随着超强脉冲激光技术的不断发鼹,利用超强激光脉冲与平板等离子体相互作用产生超热电子的研究,在激光惯性约束中的“快点火”,医学中的射线治疗和台式激光加速器等领域广泛应用．木文用二维粒子模拟方法研究了超强短波脉冲激光与平扳等离子体薄靶相互作用中产生的超热电子．以研究结果表明,在平板等离子体薄靶后表面所产生的超热电子,角分布较小,定向性好,能获得很高的能量。     

激光极化态对激光等离子体中电子所受有质动力的影响

从理论上研究了线极化和圆极化超短超强激光脉冲对激光等离子体中电子所受有质动力的影响，得到了相应的解析表达式；通过单电子模型，比较了两种极化态的激光电场有质动力对电子纵向速度的影响．结果表明，线极化激光电场有质动力由于其振荡分量的存在要比圆极化对电子的加热更有效；电子因受振荡分量的作用而剧烈振荡，形成一个很强的纵向振荡静电场，产生静电场有质动力．     

超短激光脉冲在非均匀等离子体中的传输特性

用一维粒子模拟研究了超短激光脉冲在非均匀等离子体中传输时产生的光孤子结构和脉冲的分裂现象.比较了不同的激光强度和等离子体密度梯度对脉冲传播的影响.研究表明:超短激光脉冲在非均匀等离子体中传播时能产生传输的类孤子结构;随着入射激光强度的增大,等离子体对激光的反射密度反而减小,孤子脉冲的平均传播速度也减小;随着等离子体密度梯度的增大,等离子体对激光的反射密度变大,孤子脉冲的平均传播速度减小,孤子脉冲传播到高密度梯度的等离子体区域时,发生了全反射,反射的孤子脉冲在传播过程中由于能量的损失,低频脉冲被等离子体俘获,形成后孤子,而高频脉冲则继续传播,使得脉冲分裂.     

超短强激光脉冲在部分离化等离子体中的孤子传播

讨论了一维情况下,超短强激光脉冲在部分离化等离子体中的传播和包络形孤波的形成.在弱相对论近似下,分析了激光脉冲的传播方程.结果表明在超短宽束激光脉冲条件下,相对论非线性和有质动力非线性相互抵消,相互作用过程中的非线性主要来自部分离化等离子体的非线性极化,由此得到了传播过程中修正的非线性薛定谔(NLS)方程并讨论了其孤子解.     

相对论长脉冲激光在非均匀等离子体中的传播特性

通过解析和数值方法研究了相对论长脉冲激光在非均匀等离子体中的传播.首先,得到了激光脉冲在均匀等离子体中传播的解析解,并通过数值模拟进行了验证.结果表明,长脉冲激光在均匀等离子体中传播时,脉冲宽度的变化不影响激光强度空间分布的变化;然而,激光脉冲的强度和电子密度的空间分布可以通过调制等离子体频率来调节.在具有高斯型密度分布的非均匀等离子体中,随着高斯型密度分布振幅的增大,激光脉冲的强度逐渐增强,激光脉冲的横向分布逐渐呈现出尖锐状分布;在具有反高斯型密度分布的非均匀等离子体中,随着反高斯型密度分布振幅的减小,激光脉冲的强度逐渐减小,激光脉冲呈现横向平台状分布.因此,等离子体的非均匀性对长脉冲激光的传播有着重要的影响.     

强激光脉冲在部分离化等离子体中的自聚焦

采用变分法推导出有限长激光脉冲在部分离化等离子体中的参数演化方程,其中包含群速度色散和自相位调制的影响,通过分析焦斑半径和脉冲宽度满足的耦合方程,详细讨论了等离子体密度对激光脉冲传播特性影响。研究结果表明:在部分离化等离子体中,对于给定强度的激光脉冲,随着等离子体密度增大,自相位调制会进一步增强激光脉冲的自聚焦;当等离子体密度增大时,激光脉冲传播频率由负向啁啾变化转变为正向啁啾频率变化,而且随着传播距离增大,激光脉冲红移减小而蓝移增大。研究结果对有限长激光脉冲电离诱导自注入加速电子的方案具有理论指导意义。     

相对论激光等离子体中的电磁孤波

激光在等离子体中传播时发生调制相互作用,导致产生调制不稳定性。随着不稳定性的非线性演化,在一维情况下将形成电磁孤波。利用电磁波在相对论等离子体中的非线性色散关系以及Karpman方程,分析强激光在相对论性等离子体中的调制不稳定性,获得一般情况下调制不稳定的增长率与扰动态波数之间的函数关系,同时得到一维情况下的电磁孤波。分析表明,随着激光功率的增大,相对论性强激光与等离子体发生相互作用产生的调制不稳定性的时间增长率峰值显著增大,但是电磁孤波的半宽明显减小。     

面向艾瓦(EW)飞秒超强激光的新机制研究

自1985年Mourou教授提出啁啾脉冲放大(CAP)技术以来,人们在实验室台面上实现太瓦(TW,10~(12)W)乃至拍瓦(PW,10~(15)W)量级峰值功率的激光成为可能.经过三十多年的发展,世界上已有数个研究组实现了台面PW峰值功率的激光输出.国内中国科学院物理研究所、上海光学精密机械研究所、中国工程物理研究院激光聚变研究中心等单位在多年CPA及OPCPA技术的研究基础上,自2010年以来也相继产生了超过1 PW的结果.由于激光聚变(ICF)、等离子体物理、天体物理、激光粒子加速以及新光源对激光强度的需求,未来超强激光有望做到艾瓦(EW,10~(18)W)甚至更高峰值功率的输出.然而,在CPA机制下要获得更高的超强激光,就要求更大的光束口径、更高质量的激光介质以及米级以上的压缩光栅.加工制造出光学均匀性和精度满足要求的这些光学元件,工程上将面临许多挑战性的问题.本文结合我们正在开展的超快超强激光研究,通过广泛调研,分析展望了可实现EW激光输出的方法与机制,认为在等离子体中进行受激背向散射放大和脉冲压缩有望实现EW激光输出.     

超短超强激光与等离子体相互作用中质子发射一些研究进展

超短超强激光与等离子体相互作用中得到的高能质子在质子成像、粒子加速、诊断超短超强激光与等离子体相互作用的物理过程、“快点火”和治疗癌症等方面有一定的应用。使得对超短超强激光与等离子体相互作用得到的高能质子的研究成为目前的研究热点。文章综述了产生质子的两种主要加速机制以及在不同实验条件下超短超强激光与等离子体相互作用过程中得到质子的能量、角分布、产额以及相关的原理。     

强激光在不均匀等离子体中传输的成丝不稳定性

近年来,随着超短超强激光技术的发展,超强激光与等离子体相互作用方面的研究受到了越来越多研究者的重视.其中,强飞秒激光在等离子体中传输时的成丝不稳定性是一个重要的研究课题.因为其在激光引雷以及激光诱导电离光谱分析等诸多方面具有广阔的应用前景.本论述主要研究了线性极化激光束在轴向不均匀等离子体中传输时的成丝不稳定性,通过理论推导建立了相对论非线性激光场对应的非线性波方程.考虑到激光振幅在不均匀等离子体中的横向扰动,如果这种扰动以确定的形式给出,则将该形式代入并求解已得的扰动波方程就可以得到在轴向密度发生变化的等离子体结构中激光成丝不稳定性的增长率.     

主动锁模半导体激光器腔内光脉冲幅度的变化

用速率方程讨论主动锁模半导体激光器,考虑了光脉冲的传输效应和各光学元件对光脉冲的影响.根据泵浦信号每一周期后系统状态应重现这一条件,得到了短光脉冲幅度在腔内随位置的变化,并进而求出输出功率及系统的其他一些重要参量.     

超短脉冲在色散光纤中的传输特性

笔者研究了超短激光脉冲在色散光纤中的传输,利用傅里叶变换技术进行了理论分析,并以高斯脉冲为例给出了超短脉冲随时间变化的理论公式。数值计算了不同色散级次下脉冲的时域分布,讨论了光纤不同色散级次对脉冲波形的影响。     

增益开关半导体激光器脉冲啁啾的补偿

通过对增益开关半导体激光器脉冲啁啾以及窄带Ｆ－Ｐ滤波器色散特性的分析，说明Ｆ－Ｐ滤波对增益开关光脉冲起到带通滤波及补偿脉冲啁啾利用，适当设计Ｆ－Ｐ滤波器的结构参数，可以获得符合变换限制关系的增益开关脉冲。     

激光与薄膜靶作用产生X射线阿秒脉冲两种方案的比较

运用一维粒子模拟对经由相对论电子束汤姆逊散射来产生阿秒X射线的两种方案进行了研究。第一种是激光驱动薄膜靶产生相对论电子束以及经过汤姆逊散射产生阿秒X射线,运用倍频探测光的方案可得到更短波长X射线。第二种方案添加了反射厚靶,通过厚靶对驱动激光的反射来减小电子束的横向动量但让其通过,而探测脉冲经过电子束汤姆逊散射后的多普勒频移因子提高,得到的X射线波长也明显减小,光子能量达到1KeV,反射光频谱也明显优与第一种方案．     

高速半导体激光器超短光脉冲产生及脉宽测试

报道了利用增压开关半导体激光器产生超短光脉冲的实验结果，研制了适合测量半导体激光器超短光脉冲宽度的强度自相关测试系统，测得其脉宽为４０ｐｓ。     

一种激光脉宽压缩技术

报道了在谐振腔中放置双染料调Q片进行调Q的理论分析、实验装置、脉宽测试方法及其倍频实验.结果表朋,与单调Q片进行调Q相比,可压缩激光脉冲宽度,激光傍频转换效率也有明显的提高.     

光脉冲作用下干涉滤光片中的热分布

采用差分方法数值解热传导方程,分析了全电介质干涉滤光片受到激光脉冲辐照后,其吸收层吸收光脉冲能量后的温度分布,并研究了介质中热扩散过程。其研究方法与结果有助于深入了解干涉滤光片中的热致光双稳现象。     

等离子体界面附近短脉冲激光场中运动电子的能量增益

分析了等离子体界面附近短脉冲激光场中等离子体的集体效应和运动电子的辐射效应。导出了运动电子被激光弹推出光场时的能量增益。     

大电流脉冲电源的研究

研究了一种能输出窄脉冲大电流,并且能对输出电压的幅度和脉冲宽度进行调节的脉冲电源。通过实际制作,完全符合技术要求。     

滑移脉冲产生器

采用高性能集成电路、运算放大器和精密的取样/保持放大器,研制了全集成化的滑移脉冲产生器.主要用于多道脉冲幅度分析器的道宽一致性的精确测量.