等电子谱线法诊断等离子体电子温度实验研究

在"星光Ⅱ”激光装置上对Mg/Al混合材料平面靶和Mg/Al示踪层金盘靶进行三倍频激光打靶实验,用平面晶体谱仪测量靶材料发射的X光光谱,获取了示踪离子谱线实验数据.采用多组态Dirac-Fock方法计算所需原子参数,并在局域热动平衡条件下建立了双示踪离子谱线强度比随电子温度变化关系.在此基础上由双示踪元素等电子谱线法确定了Mg/Al混合材料平面靶及金盘靶激光等离子体的电子温度.     

惯性约束聚变等离子体的光谱诊断（Ⅱ）

基于对惯性约束聚变等离子体特征发射光谱及其辐射线形的规律研究,分析了中国工程物理研究院最近几年的惯性约束聚变内爆实验测量结果,初步得到了一些发次对应的等离子体温度和密度状态,并且能够简单地判断靶丸内的掺杂物质氩与内壁涂的硫是否发生了混合．此外,发现一些发次的光谱来源于金腔壁的高温高密度等离子体区域,分析后推测这可能是由于多路激光打在金腔壁后,光斑区之间喷射的等离子体互相挤压产生的,即类似“十字架”的结构．     

激光核聚变-维模拟

本文概述了一个简单的激光聚变物理模型,利用它可以计算在强激光辐照下等离子体靶丸的压缩,以及产生的热核反应。同时还讨论了有关的计算方法,程序结构,并且给出了几个初步的计算结果。     

星光Ⅱ三倍频束匀滑激光辐照金盘靶的实验与分析

在星光Ⅱ激光装置上(0.35 μm, 0.6 ns, 20~80 J), 利用聚焦和束匀滑均匀照明辐照金盘靶, 研究在这两种打靶方式下的激光吸收、散射和X光转换等. 结果表明, 在正入射条件下, 聚焦打靶时吸收约为90%, 散射约为10%; 光束经过束匀滑之后, 吸收提高了5%~10%, 散射约为1%. 与聚焦打靶相比, 均匀辐照金盘靶有效地提高了吸收, 大幅度降低散射, 由于激光强度的降低, 还增大了X光转换, 这些对惯性约束聚变是十分有利的. 但是星光Ⅱ上的束匀滑打靶的X光转换机制基本不变, 在相同的激光功率密度下, 束匀滑与聚焦下的X光转换效率基本相同.     

考虑吸收效应后对Z-pinch产生A1等离子体发射谱的非局域热动平衡模拟

本工作在采用细致能级模型计算等离子体布居数的基础上，细致地计算了等离子体的发射系数和吸收系数，采用简化的NLTE（非局域热动平衡）一维定态辐射输运近似计算了考虑吸收效应以后Z-pinch产生的A1等离子体的细致能谱并作了分析，结合考虑吸收与不考虑吸收时等离子体发射谱结构的改变，初步分析了等离子体不透明度对等离子体X光谱的影响．计算结果表明，不透明度效应对等离子体的光谱改造非常明显，等离子体不透明度对共振线有明显的影响，而对伴线的影响较小．我们的计算结果还表明，Z-pinch等离子体K线的有效吸收半径约为100-200um．     

用平均原子模型计算钠等离子体的吸收系数

由于辐射吸收系数是决定辐射在物质中传播情况的一个重要物理量 ,因而很早就引起了科学家们的关注 .最初 ,吸收系统的研究主要局限于天体方面 .到 2 0世纪 6 0年代 ,由于激光的问世 ,在实验室里能产生热密等离子体 ,现已扩展到多种领域 ,比如Ｘ光激光、惯性约束聚变等研究 尽管计算热密等离子体的吸收系数非常重要 ,但人们至今仍无法对其精确计算[1] ,这是因为在很多种等离子体中辐射能级间的跃迁线数多达数亿 ,为此人们尝试着各种近似方法 .由于Ｎａ常被用作示踪元素而被引入强激光产生的等离子体中 ,以达到诊断激光等离子体状态的目的 ,…     

激光产生的硫等离子体2s—2p光谱及分析模拟

利用双脉冲激光等离子体光谱技术测量了激光作用于高纯度硫靶产生的16~24nm波段的发射光谱,分析发现谱线主要来自Sq+(q=7,8,9,10)离子的2s—2p跃迁.基于稳态碰撞辐射模型和激发态离子数布局满足归一化玻尔兹曼分布的假设,计算了不同离化态硫离子在不同等离子体温度和电子密度下的布居数,在不同电子温度下模拟了等离子体光谱,并通过与实验光谱比较确定了等离子体参数.     

激光偏振态对飞秒激光等离子体中产生的超热电子喷射方向的影响

采用2×10 16 W/cm 2 的超短激光脉冲辐照铝靶,研究了激光偏振态对超热电珑子发射的影响.对s偏振光,向外传播的超热电子射流沿激光偏振方向发射,而对于p偏振光,超热电子射流方向靠近靶面法线方向.文中还通过观测靶背面的X射线韧致辐射,对p,s偏振光产生的向内传播的超热电子行为进行了研究.     

激光产生的Si等离子体的光谱分析

利用双脉冲激光等离子体光谱技术测量了激光烧蚀Si靶产生的极真空紫外波段等离子体光谱,通过标定发现,光谱中的分立谱线主要来自于Si 7+-Si 10+离子的2s-2p跃迁.基于稳态碰撞辐射模型和激发态粒子数布居满足归一化玻尔兹曼分布的假设,计算了不同电荷态Si离子的离子丰度随电子温度的变化关系,并给出了不同等离子体参数条件下的理论模拟光谱.通过与实验光谱的比较,确定了等离子体参数.     

激光产生的硅等离子体辐射动力学特性研究

本文从实验和理论两方面系统研究了真空环境中激光产生的硅等离子体的辐射动力学特性.实验上利用时间-空间分辨的激光等离子体发射光谱技术,测量了激光产生的硅等离子体极真空紫外波段的光谱,并对光谱进行了分析指认.为了进一步研究实验光谱的时空演化特性,提出了一种简化的基于流体动力学和辐射输运方程的等离子体辐射动力学模型,利用该模型研究了激光产生的等离子体的辐射特性和动力学演化行为,并对实验观测到的时空分辨光谱进行了模拟,详细分析了等离子体的温度、密度和离子布居的时空演化特性.研究结果表明,本文提出的模型能够较好地反映激光等离子体的动力学演化过程以及辐射光谱的特征,可以作为一种有效的激光等离子体诊断工具.     

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。     

混合气体介质中三倍频辐射的产生实验

将355 nm光通过单一的X e或者X e-A r混合气体介质产生118 nm辐射,记录不同气体压力下光激励丙酮光解的质谱图,通过监控丙酮分子离子峰(m/z=58)的强度来掌控118 nm光的产生效率.结果表明:在实验光学器件、激光光强相同的条件下,混合气体介质中三倍频辐射产生效率比单一气体中强.当混合气体中A r气体压力保持在1.000 kPa,p(X e)¨p(A r)=5.6时,产生的118 nm辐射最强,实现了该实验条件下倍频产生最佳的相位匹配.     

常压空气辉光放电等离子体光辐射特性试验

常压空气辉光放电（APGD）等离子体应用广泛，但对其参数的描述及定量控制尚无可行的方法．为此，设计了常压下空气辉光放电装置，在电极板平面上产生了一薄层等离子体；根据等离子体具有辐射特性，用光栅单色仪对沿面APGD光辐射特性进行测试，获其辐射光谱；对非均匀、非稳定的APGD等离子体光辐射强度进行平均化处理；数据处理结果表明光谱面积积分平均值和光谱最高峰值平均值随APGD加载功率变化呈线性关系．研究结果说明用APGD的光辐射特性与加载功率之间的关系来控制等离子体的产生量是可行的，为有效利用APGD等离子体提供一种简便的途径．     

强激光辐照下硅材料的温度分布研究

激光辐照光电系统极易造成光电探测器件的干扰或破坏。为此研究了连续强激光对半导体材料的辐照效应,应用积分变换的方法,建立了平顶型的连续激光辐照硅材料的二维非稳态温度分布模型。研究发现：圆形平顶激光辐照硅材料靶,激光作用区域内的温度由光斑中心向四周逐渐降低,在作用区域边缘处温度变化比较明显;不同辐照时间下对应的靶材前表面温度的整体分布情况是大致相同的;在一定的激光功率密度和辐照时间条件下,材料靶表面的温升和靶材半径负相关。     

准直准单能靶面电子加速实验研究

实验上使用大能量、亚ps激光脉冲大角度入射固体靶,获得了沿靶面方向定向传播、发散角仅有2°、峰值能量为3–4 Me V的准直、准单能电子束.实验发现激光对比度对靶面电子束的产生起到了至关重要的作用,最佳的对比度为5×10-6.在此最优化条件下,通过背向散射光谱分析发现,共振吸收激发的等离子体波加速可能是电子的主要加速机制.探针光阴影成像及等离子体自发光的精细结构显示,预脉冲与固体靶相互作用中产生了尺度100μm左右的过临界密度预等离子体.这种等离子体的作用类似于等离子体反射镜,使得激光脉冲被限制在预等离子体区与靶面之间,因而最终造成了电子束沿靶面方向的导引.这种靶面电子束因其合适的能量范围、高度的准直性及沿靶面方向定向传播的特性有望在惯性约束聚变尤其是锥靶快点火中得到应用.     

磁场对激光等离子体特性的影响

激光等离子体极紫外光源中的碎屑问题影响极紫外光源的稳定性及光源输出效率。针对该问题,研究了磁场对Nd:YAG激光Sn等离子体特性及极紫外辐射特性的影响,并且在0.6 T的磁场作用下,对激光等离子体光源中产生的离子碎屑进行了详细的对比研究。结果表明,外加0.6 T磁场可以有效减缓离子碎屑;由于磁场的约束,发射光谱也比未加磁场前有明显增强,计算得到的同时刻的电子密度是未加磁场的2.5倍;同时,探测到的极紫外辐射光谱并未受到磁场的影响。     

激光等离子体光谱学

本文论述了激光等离子体光谱(平面固体靶)的主要特性、实验光谱诊断技术和在这领域内取得的一些重要结果.     

马口铁激光焊接质量的实时光-声监测

针对激光小孔效应焊过程中等离子体辐射出特征光并伴随特征声的现象,提出了采用光声信号联合实时监测激光焊接质量的方案.分析了等离子体辐射光谱和等离子体波声谱,研究了待征光、声信号的变化规律,发现光、声信号强度与工艺参数及焊接质量间有良好的对应关系.据此研制成光-声联合监测试验装置,可用于马口铁激光焊接的实时监测.     

锥形飞秒强激光等离子体中Compton散射的能量转换

应用相对论性电子与多光子集团非弹性碰撞模型和经典相对论电动力学理论,分析、计算了锥形飞秒强激光等离子体中多光子非线性Compton散射的能量转换.发现等离子体中的耦合激光场会引起能量转换效率的振荡,而静电场会降低能量转换效率.当高能电子与光子发生双光子非线性Compton散射时,电子能获得最大的能量转换效率.     

高电荷态锡离子极真空紫外波段自吸收光谱轮廓的细致分析

等离子体动力学模拟是一种非常有效的等离子体状态诊断和光谱分析方法,已被广泛应用于激光等离子体光谱的解释和演化分析中.本文基于流体动力学方程和辐射输运方程,并结合稳态的碰撞辐射模型,提出了一种简化的能够分析模拟中高Z元素高电荷态离子极真空紫外(Extreme Ultraviolet,EUV)波段光谱的辐射流体动力学模型,并成功应用于激光产生的锡等离子体EUV光谱的分析和模拟.结果表明,理论模拟光谱与激光功率密度为1.90×10~(11)?W/cm~2的实验光谱之间具有良好的一致性.通过比较Sn~(7+)–Sn~(11+)离子的4d-4f,4p-4d和4d-5p,5f跃迁阵列的发射轮廓和自吸收轮廓,明确了不透明度效应对发射光谱轮廓的影响,成功解释了13.5?nm附近自吸收带和自吸收峰的成因.相关研究预期能够为极真空紫外辐射在光刻、计量、生物成像等领域的应用研究提供参考.