激光等离子体相互作用中产生的磁场与电子热传导

本文应用三维相对论电磁粒子模拟程序,研究超强超短脉冲激光与等离子体薄靶的相互作用中产生的磁场与电子热传导。研究结果表明,被激发的磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量,同时对在激光有质动力推开电子时形成的电子热流产生抑制作用。对这些物理过程的细致研究对更好的理解快点火物理中自生磁场的产生,快电子输运等过程有重要意义。     

相对论热等离子体的同步加速辐射

利用克希霍夫定律及光深条件等物理上的考虑 ,对具有磁场的相对论热等离子体采用一种简化的方法来处理包含自吸收的同步加速辐射 ,求得辐射率的表达式     

基于强激光场与固体靶相互作用的等离子体光栅产生新机制研究

等离子体光栅由于不存在电磁场击穿效应,因此在强场物理研究中有着重要的应用.通过粒子(particle-in-cell, PIC)模拟的方法,利用皮秒强激光脉冲(激光场强度I的数量级约为10¹⁵W/cm²)与超临界密度固体靶(粒子数密度n≈10nc)相互作用,发现了一种等离子体数密度光栅产生的新机制.研究表明,这种新型等离子体光栅来源于强激光在固体靶中激发的等离子体波的干涉.因此只需要单束激光就可以激发产生,其持续时间可达数皮秒量级.该光栅具有纳米尺度的空间周期,相比于传统的通过两束激光在稀薄等离子体中干涉产生的激光波长尺度(微米)的等离子体光栅,这一发现对于x波段的强光操控有着潜在的应用价值.     

密度减稀等离子体中激光尾场加速电子研究

激光尾场加速电子是当前十分重要的物理前沿研究课题.介绍了激光尾场对电子加速的原理,并给出在等离子体密度绝热减稀条下加速电子的新机制,指出从原理上实现单级GeV量级加速的可行性,最后介绍了实验方面的相关新进展.     

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.     

相对论热等离子体的同步加速辐射

利用克希霍夫定律及光深条件等物理上的考虑，对具有磁场的相对论热等离子体采用一种简化的方法来处理包含自吸收的同步加速辐射，求得辐射率的表达式．     

超短超强激光脉冲驱动等离子体波加速电子方案以及最新研究进展

随着超短超强脉冲激光技术的发展，人们可以在台面尺度获得光强超过10¹⁸W·cm^-2、脉宽小于100fs的超短脉冲激光.这种超短脉冲激光很容易把初始静止的电子加速到相对论能量.而更重要的是超短激光脉冲可以通过其有质动力激发大振幅的等离子体波（称为激光尾波场），把电子加速到更高的能量.其加速梯度可达到100GeV·m^-1，即在1mm的空间尺度把等离子体电子加速到100MeV.国际上4个实验室在2004年报道通过激光尾波场加速获得能量单色性以及方向性极好的电子束，使人们看到了激光尾波场加速电子的实际应用前景.文中简要介绍等离子体中激光尾波场加速电子的物理机制和方案、及该领域的最新进展和展望.     

激光脉冲与等离子体相互作用中高次谐波的产生

利用强激光照射金属材料,致使材料表面大量分子电离产生等离子体．该文从电子的运动方程出发,求解出了电子在激光场中运动的位置函数的解析解．发现除了包含基次及二次谐波外,它还包含有三次、四次等高次谐波．这说明激光脉冲与等离子体相互作用能够产生高次谐波．谐波次数越高,其系数越小．该文比较了基次与二次谐波的系数,其比值p＞1,与事实相符合。     

圆偏振强激光真空中加速电子最佳参数的分析

利用一维粒子模拟和解析的方法对圆偏振强激光在真空中加速电子进行了研究.研究表明,电子获得的最大能量与激光的强度有关,并且电子在激光场中加速有个最佳的加速距离,即当电子的位置与激光脉冲的峰值位置重合时,电子获得最大的能量,而最佳加速距离与激光脉冲的宽度和振幅有关.在电子获得最大能量的位置加入一个挡板能挡住激光而电子可以穿过,从而将电子从激光场中分离出来.     

相向超短超强激光脉冲与中间薄膜靶相互作用产生快电子的模型

该文研究的是两束相向超短超激光脉冲与中间薄膜靶相互作用之间产生快电子的一种简单自洽模型理论，由理论推知，当满足一定条件时，由于激光有质动力与靶电子的谐振作用，在靶表面的电子云层中的电子被强烈加速产生快速高能电子。     

飞秒康普顿光源驱动的超短、高能正电子束

利用飞秒康普顿伽玛光与高Z靶相互作用,产生超短脉冲的高能正电子束.模拟研究表明,10 fs、4.2 × 108/s、最高能量为23 MeV的康普顿伽玛束和厘米级的铅靶相互作用(对产生)时,可以获得通量为4.2×107/s、峰值能量约为7 MeV的超短脉冲(≤100 fs)正电子束.此短脉冲、高能正电子束在精确探测或诊断材料内部的微观结构、电子动量分布及缺陷状态,以及研究材料和生物体结构的超快动力学等领域有重要的应用前景.     

相对论电子束与磁化等离子体的介电张量研究

近年来的实验表明,在相对论微波器件中,填充适当密度的等离子体可提高器件的束波互作用效率、输出功率和工作频率。在该类器件的理论分析中,常常利用电磁流体模型来研究电子束和等离子体。从麦克斯韦方程组和电子的运动方程出发,导出了相对论电子束和磁化等离子体的等效介电张量,所得结果为该类器件的理论分析提供了方便。     

脉冲激光烧蚀靶材等离子体羽辉的动力学模拟

初步建立脉冲激光烧蚀靶材的理论模型,根据流体力学的质量连续性、动量守恒和能量守恒这三个基本方程,研究高能脉冲激光照射靶材产生等离子体的物理特性,采用差分法和Pichard迭代法,求解带特定边界条件的流体力学三方程,得出已喷射等离子体的温度、密度和速度的分布的迭代方程,并用计算机进行了数值模拟,得出一些有意义的结论。     

激光辐照柱壳热应力的数值模拟

推导出激光辐照下三维圆柱壳体材料热应力分布问题的有限元计算公式,对热应力、热应变问题进行了三维有限元法的分析和编程计算,计算结果与理论分析一致.     

激光冲击强化对TC4电子束焊缝机械性能的影响

利用高功率重复率Nd：YAG激光对TC4钛合金电子束焊缝进行了冲击强化处理,研究了激光冲击强化处理过程中改变激光功率密度对电子束焊缝残余应力分布和表面层硬度的影响．试验结果表明,当激光脉冲能量为45．9J时,激光光斑直径Ф9mm,残余应力基本不发生变化,而激光光斑直径小于Ф3mm,焊缝残余应力分布变化显著,并随着激光光斑直径的减小,残余压应力的数值增大更加明显．当激光冲击的功率密度大于18GW／cm^2时,激光冲击强化处理使电子束焊缝区的残余应力改变明显,改善了焊缝残余应力的分布;当激光冲击的功率密度大于12GW／cm^2时,激光冲击强化处理使电子束焊缝区的表面层硬度明显改变,改善了焊缝区域硬度的分布,有利于提高TC4钛合金焊缝区的机械性能．     

氧分压对电子束蒸发ZrO2薄膜微结构的影响

用XRD衍射技术分析了基片转动和充氧条件对ZrO2薄膜组成结构的影响,发现在相同低氧压条件下(P≤1.1×10-2Pa)基片转动能够改变薄膜的组成结构,即薄膜发生从四方相到单斜相的转变;随着氧压进一步升高,ZrO2薄膜将由多晶态逐渐转变为无定形结构.同时发现基片转动能够降低充氧条件对表面粗糙度和晶粒大小的影响.激光阈值损伤测量表明,氧压条件影响着ZrO2薄膜的抗激光损伤能力,且多晶结构的激光损伤阈值高于无定形结构.     

C 4H 2等离子体放电产生的中性碳氢团簇(C \%n\%H \%m\%)分子束质谱表征

利用分子束飞行时间质谱和激光电离技术研究C4H2等离子体放电过程产生的中性碳氢团簇（CnHm）的质谱分布、稳定结构和形成机理.实验结果显示,碳氢团簇的质谱峰分布与其所含碳原子的个数有关,当碳原子的个数小于等于8时,偶数碳的碳氢团簇由于共轭效应的影响,其稳定性和质谱峰的强度均大于奇数碳的碳氢团簇;当碳原子的个数大于等于9时,出现偶数和奇数碳氢团簇的相间分布,奇数碳的碳氢团簇的质谱峰强度大于与其相邻的两个偶数碳的碳氢团簇的;当碳原子的个数为6、8、9～15、17时,CnH3出现较强的质谱峰,这与其具有较低电离能有关.随着碳原子个数的增加,碳氢团簇质谱峰的强度总体呈现减弱趋势,这说明碳氢团簇的形成机理可能以碳原子分步加成为主.