袁孝[1]2002年在《超短超强激光脉冲在低密度等离子体和空气中的传输》文中研究指明超短超强脉冲激光在低密度等离子体和空气中的非线性传输是当今强激光与物质相互作用研究的一个重要课题。本论文阐述了超短超强激光在低密度等离子体和空气中的长距离自聚焦和自导引效应。 1．考虑有质动力与电荷分离场的平衡，推出了超短超强脉冲激光在低密度等离子体中的折射率、电子密度和电荷分离场的表达式以及激光束斑的演化方程。首次利用自恰电子空腔效应分析了超短超强激光在低密度等离子体中的长距离传输和自聚焦效应，详细分析了长距离传输的条件。 2．考虑多光子电离效应和光学Kerr效应，首次利用力学类比的方法研究了超短脉冲激光在电离气体中的传输，详细分析了传输距离与激光初始光斑、初始发散角以及激光功率的关系，提出了实现长距离传输的条件。 3．发展了一种适用于超短脉冲激光的光学偏振放大技术，并应用于10ps KrF激光放大系统中，可在有限的激光输出口径内有效地提取激光的输出能量。对10ps状态下KrF介质的饱和光通量进行了测量。 4．开展了10ps KrF激光在空气中的传输实验研究，计算了自导引区内的阈值光强，观测到光束自聚焦和自导引现象，测量了自导引区域内的等离子体密度，并对激光脉冲的传输演化进行了分析。 以上研究结果对于超短脉冲激光放大技术研究以及超短超强脉冲激光在低密度等离子体和空气中长距离传输和聚焦研究等具有重要的实用参考价值。
张宁[2]2010年在《超短脉冲强激光在大气中的传输特性》文中指出超短超强脉冲激光能够在大气中传输形成一条稳定的等离子体通道,并由此引发超连续白光、叁次谐波、锥角辐射等很多物理现象。这些现象在激光遥感、激光引雷、激光诱导闪电、激光诱导核反应、强激光远距离能量输送等领域具有广阔的应用前景。因而超高功率和超短脉冲强激光在大气中的传输成为近年来激光物理学研究的新热点。本文基于一个由空间动态补偿模型发展而来的模型,主要讨论了超短超强激光脉冲在大气中传输形成的等离子体通道的演变和控制。目前人们普遍认为,超短超强脉冲激光在空气中自聚焦传输形成等离子体通道主要是衍射、色散、克尔效应和多光子吸收共同作用的结果。本文在考虑以上重要机制的基础上,还引入了拉曼散射、等离子体尾波场和相对论自聚焦等多种效应,并通过采用合理的近似,修正了表征超短脉冲强激光大气中传输的非线性薛定谔方程。采用分步傅里叶方法和差分法得到了二维和叁维的数值仿真结果。主要讨论光强通量和电子密度在空间中的分布,光脉冲在时间域和空间域的演变情况,通过数值仿真,揭示不同波长、输入脉冲能量、脉宽、束腰半径等初始参数对成丝的影响,并对其他较为复杂的改变激光能量分布的方法提出了展望,如采用时域啁啾的初始脉冲、构造后继脉冲形成双脉冲结构等。这些工作为探索超短脉冲强激光在大气中成丝位置和形态控制提供了可能的新途径。
宋娟[3]2008年在《强场激光诱导等离子体传输特性的研究》文中研究指明近年来,随着超快激光技术的发展,超短强激光在非线性介质中的传输特性已经广泛被关注。由于飞秒激光在等离子体中传输的过程中会出现一些类似于传统光学,而又源于不同的物理机制且更加丰富的非线性现象,因此对于飞秒激光在等离子体中的传输的研究已经成为当今一个热点研究方向。本论文主要在实验上详细研究了飞秒激光在液体等离子体中传输的过程中产生的一些非线性现象,并对这些实验现象进行了相应的理论模拟和解释。首先,我们简单的回顾了超短激光脉冲在等离子体中传输的发展现状和一些重要的性质。其次,通过研究超短激光脉冲在水中的传输,发现了圆锥辐射现象和脉冲自压缩现象。这种圆锥辐射的产生主要起因于时空自由电子密度梯度引起的横向波矢的相长干涉和相消干涉。二次谐波频率分辨光闸(SHG-FROG)痕迹显示光在经过等离子体后脉冲的时域宽度减小,而相应的频谱宽度增加。为了解释这种实验现象,利用Shorokhov的理论数值模拟了高强度飞秒激光脉冲在非线性介质中传输的演化过程。我们实验结果表明超快超强激光脉冲在液体中可以产生脉冲自压缩现象,这提供了一种新的脉冲自压缩的技术手段。最后,研究了白光在超短激光脉冲诱导的等离子体中的传输特性。实验上,观察到了白光经过激光诱导的等离子体后形成贝塞尔光束。白光中短波长部分形成的是一阶贝塞尔光束,而长波长部分形成的是零阶贝塞尔光束。Fischer等人的理论模型用来解释这种贝塞尔光束的形成,数值模拟的结果与我们的实验数据相吻合。因此,我们相信利用超短激光脉冲诱导的等离子体也能够产生贝塞尔光束,这提供了产生贝塞尔光束的一种新的方法。
郝作强[4]2007年在《强飞秒激光在大气中的成丝非线性光学研究》文中进行了进一步梳理本论文对强飞秒激光在大气中传输形成等离子体细丝进行了系统研究.主要思路是从对实验诊断方法的研究出发,研究了等离子体细丝表现出来的一些非线性现象和内在的物理机制,进一步,从应用角度出发,对影响等离子体细丝应用的几种因素及其物理机制进行了探讨.首先我们形成了从几米到上百米的长等离子体细丝,使用和发展了五种以上的实验诊断手段对其进行了探测,包括声学诊断、电阻测量、荧光探测、横截面成像和阴影成像方法等,这是本论文的主要诊断方法.这些实验方法都比较好地从不同侧面反映了细丝不同方面的特征,在不同的情况下正确选择不同的探测方法,可以互为补充,提供更详细的细丝信息,为我们诊断细丝所表现出来的不同特性提供了实验手段.以此为基础,我们研究了细丝的空间演化,细丝呈现出一种复杂的演化过程:单丝逐渐演化成双丝,叁个甚至更多的细丝,这些细丝又融合成双丝而稳定地进一步传输,最终消散.还同时使用荧光探测和声学诊断方法清晰地观测到了多次自聚焦现象.细丝辐射出转化效率高达0.3 %的叁次谐波,观测到了叁次谐波辐射随细丝传输距离的演化,并对等离子体细丝锥角辐射中的叁次谐波成份的发散角进行了测量,发现其辐射角大约为6mrad,和理论计算得到的结果符合得很好.论文进一步从应用角度出发,对影响等离子体细丝应用的几种因素进行了研究.使用小孔实验装置对细丝分布进行了优化控制,细丝的数目、分布、传输距离以及空间稳定性都可以得到很好的控制.为了得到更长的等离子体细丝寿命,我们使用了两种方案对其寿命进行了延长研究.分别采用后续的飞秒和亚纳秒激光脉冲注入到等离子体细丝中,实验发现,当使用亚纳秒激光脉冲时,细丝寿命可以延长到微秒量级,结果远远好于飞秒激光脉冲作为后续脉冲的情况.对于飞秒脉冲强激光在空气中的远距离传输,通过改变激光初始啁啾,很方便地在更远距离处成丝,实现了细丝的远距离传输和细丝分布的优化控制,也得到了最优化的超连续光谱辐射.当使用具有合适初始负啁啾的脉冲时,观测到了彩环状的超连续辐射.研究发现激光脉冲的大部分能量都分布在细丝周围的背景中,作为一个能量库支持细丝的长距离传输,我们发现一个细丝周围的有效能量背景可以至少延伸到细丝直径10多倍的范围,这些使我们更深入地理解了细丝传输的动态物理过程.我们实验发现激光脉冲经过聚焦透镜所形成的细丝与激光脉冲自由传输的成丝具有迥然不同的特性.细丝的直径、强度、电子密度、长度、超连续辐射、稳定性以及细丝之间的相互作用都具有很大的区别.我们还进行了等离子体细丝诱导高压放电的初步研究,以及使用飞秒激光脉冲对槐树叶进行了初步的LIBS光谱分析,为进一步的研究奠定了基础.
马占南[5]2015年在《飞秒强激光在空气与低密度等离子体中传输的数值研究》文中研究表明随着啁啾脉冲放大技术(CPA)的不断发展,出现了脉宽为几十飞秒、强度可达10～1022W/cm2的超短超强激光脉冲。这样的高强度短脉冲激光在介质中传输时会引起很强的非线性效应,产生许多不同寻常的物理现象。飞秒激光在大气中传输时能够形成上百米甚至数千米的等离子体通道,这与许多实际应用密切相关,如产生太赫兹波、超宽带激光雷达、激光引雷等。激光在等离子体中传输时,它与等离子体相互作用能够产生高次谐波、软x射线激光,以及高能粒子束等,将其用于社会生活中将会对人类社会的进步起到巨大的促进作用。本文首先系统阐述了激光在等离子体等介质中传输的物理机制,针对强激光在传输过程中涉及到的引导以及聚焦等物理问题进行了模拟研究,主要工作可分为以下叁个部分：一、对用于激光尾波场电子加速的充气型毛细管和喷气靶进行了模拟和分析。对于充气型毛细管气体靶,在充气达到稳定状态后,形成空间均匀的气体密度分布。毛细管的结构参数,如进气口的位置和宽度对气体密度分布的边缘有较大影响。采用锥形喷气靶可使气体密度分布的边缘更陡,但是锥形喷气靶的气流平稳性和气体密度分布的空间均匀性不如充气型毛细管气体靶。二、通过数值模拟研究了延迟拉曼效应和高阶克尔效应对飞秒激光在大气中传输的聚焦、稳定传输长度以及对光谱的影响。延迟拉曼效应对激光自聚焦的位置、以及再次聚焦的次数有较大影响,它使自聚焦光强对激光束腰的变化敏感,在传输中使频谱展宽的中心向长波长移动。高阶克尔效应导致自聚焦的最大光强降低,在传输中频谱展宽相对对称。同时考虑延迟拉曼和高阶克尔效应的全模型中,在相同的激光输入功率条件下,较大的初始脉宽会增加激光的自聚焦稳定传输长度。叁、详细推导了弱相对论激光在等离子体中传输的近轴射线方程,研究了外加通道、轴上等离子体密度、激光功率以及初始光斑尺寸对传输的影响。外加密度通道能够对激光束进行有效的引导。预通道轴上等离子体密度增加,能使激光光斑尺寸变得更小,激光强度变的更高。在模拟参数范围内,激光入射功率增加使相对论自聚焦增强。较小初始光斑尺寸的激光在传输过程中抖动较小,相对较稳定；较大初始光斑尺寸的激光在传输过程中其光束半径能够被聚焦到更小的尺寸。
刘红[6]2004年在《带电粒子在强激光和强磁场中的共振加速机制及其在实验天体物理中的应用》文中提出本论文围绕惯性约束聚变ICF中“快点火”方案的关键问题——超强激光与等离子体相互作用产生的近亿高斯磁场，对点火电子的加速和准直效应，采用了试验电子模型，从解析和数值两方面进行了分析，得到电子在强激光和强磁场中的共振加速机制，发现由圆偏振激光所产生的轴向自生磁场，可以帮助激发能量适中、准直好的点火电子，而采用线偏振激光作驱动源则无此现象发生，这是因为线偏振激光不能激发轴向自生磁场。此外，强磁场与高频电磁波可以形成带电粒子的共振加速机制，它有可能直接应用在脉冲星表面，因为那里有强轴向磁场以及由各种能隙结构引起的高频电磁辐射和相对数目的电子。数值模拟表明，由这种机制产生的高能电子所发出的辐射是连续谱的同步加速辐射，这正是天文观测所观测到的。 在第一章，简单介绍了传统惯性约束聚变和“快点火”方案，指出了“快点火”方案的优点以及实现“快点火”方案的关键问题，为本课题的开展提供了依据。“快点火”方案的关键问题是激光等离子体相互作用中的物理问题，因此我们围绕“快点火”方案，对国内外激光等离子体相互作用的研究现状做了介绍，特别介绍了超短、超强激光与物质相互作用的物理现象。本章中主要介绍了等离子体通道的形成及演化；点火脉冲在通道中的传播；相对论通道中的电子加速的机制；等离子体通道中的自生磁场及高能粒子的产生等前沿问题。本章还介绍了实验天体物理学的研究现状，为强磁场与高频电磁波产生高能粒子喷发提供了背景资料。 在第二章，回顾了激光等离子体相互作用中产生的自生磁场。简单介绍了长脉冲激光及超短超强激光与等离子体相互作用自生磁场的产生机制及研究现状，介绍了非相对论情况和相对论情况下，等离子体波-粒子相互作用的动力学方程和自生磁场效应。本章对圆偏振激光、自生的环形磁场和轴向磁场做了形状和数量级的估计，给出了电子分别在激光场、激光场和环形磁场、激光场和轴向磁场、激光场和环形磁场及轴向磁场作用下的运动轨迹。本章指出，由圆偏振激光和其产生的自生磁场有利于电子的准直，即有利于“快点火”方案的实现，从而为后续工作提供了依据。此项研究论文，正式发表在第11届国际等离子体物理大会论文集。 在第叁章，给出电子在强激光和强磁场中的共振加速机制，这是本论文的创新点。此机制指出，强激光场中的电子加速不仅依赖激光的有质动力加速，而且依赖于激光频《LMRA机制及在实验天体物理中的应用》中文摘要刘红率与经典拉莫尔频率的比值，当比值为1时，将会出现电子能量的极大值，此处为共振峰。在远离共振峰的地方，强磁场仍然对电子的运动起着关键作用。由圆偏振激光产生的轴向自生磁场，正处于这个位置，这使电子的能量远低于由于有质动力引起的超热电子能量，而保证了很好的方向性，这正是我们所期待的点火电子，而线偏振激光则没有这种效果。 本章还介绍了目前等离子体的主要研究方法:单粒子轨道描述、流体力学描述、符拉索夫方程和福克一普朗克方程描述、粒子模拟的研究特点、适用范围，重点介绍了本论文主要模型一试验粒子模型的优点和缺点。为了弄清轴向自生磁场对激光场中电子的加速与准直，首先对轴向自生磁场的理论和实验研究进行了回顾，并介绍了几种常见的电子加速机制。特别强调了有质动力加速，介绍了单电子形式下有质动力的表达式和流体力学形式下的表达式的联系和区别。之后，从解析和数值两方面给出了电子在强激光和强自生磁场中的能量随时间的演化图，两者符合得很好。特别强调由这种机制产生的电子，比分别由激光场和由激光场及准静态电场产生的超热电子，能量适中且准直性好。这类热电子有利于“快点火”方案的实现，此项研究结果，正式发表在PHYSICALREVIEW E 69，066409(2004)。 在第四章，我们试图在天文中找到电子在强激光和强磁场中的共振加速机制的应用，因为在此机制的共振峰附近，电子在极短的时间内(一两个波长)就会被加速到极高的能量，形成高能粒子喷发，在天体物理环境中，特别有可能出现强轴向磁场和高频电磁波的天体之一是脉冲星。本章围绕脉冲星的发现、观测，介绍了“哈勃”太空望远镜、超新星爆发及其遗迹、星系中的磁场等天文现象，对实验室天体物理学，实验室等离子体与天体等离子体的对应关系和标度关系、实验室所实现的极端物理实验与天体现象的联系做了介绍，.最后，根据观测所提供的天体等离子体参数，给出了带电粒子在强电磁波和强磁场中的共振加速机制的数值结果，同时指出，在这种加速机制作用下的高能电子发出同步加速辐射，与天文观测相符合。 在第五章，研究了电子在线偏振激光场和强环形自生磁场中的运动，对高能电子依赖激光偏振方向的现象做了数值分析。指出，由于强磁场的出现，改变了激光有质动力对电子的加速，电子在强激光和强磁场中的共振加速机制可以局部地发生，从而在环形磁场峰值处，出现对激光偏振方向依赖的高能电子，并分析了以往在实验和叁维粒子模拟中，电子所表现出对激光偏振方向的依赖迹象。(L MRA机制及在实验天体物理中的应
远晓辉[7]2006年在《超短超强激光与薄膜靶的相互作用和等离子体通道的时间分辨研究》文中研究说明本论文的工作包括四部分内容：一、极光二号、叁号靶场系统建设；二、超短超强激光脉冲与薄膜靶相互作用中产生的超热电子的实验研究；叁、利用光学辐射现象诊断超热电子的产生机制和临界面运动的实验研究；四、利用条纹相机对激光等离子体通道演化进行的时间-空间分辨成像研究。在实验室建设方面，参与了极光叁号靶场的建设，完成了靶场的真空靶室、靶场真空系统、精密机械和控制系统等的安装和调试。在极光二号上将加入光束自动稳定系统。在物理实验研究方面：1、首先，利用极光二号装置进行了超短超强激光脉冲与固体薄膜靶相互作用产生超热电子的实验研究。发现了沿靶表面方向发射的超热电子束，该结果直接验证了“快点火”方案的锥壳靶实验中锥壁对超热电子的引导作用。结果不仅对于理解锥靶物理过程有重要意义，而且由于该电子束具有好的方向性、准直度、重复性，通过进一步优化，可以用作基于超短脉冲激光的超快电子源，进行诸如超快电子衍射、尾波场加速器中的电子注入等方面的应用研究。因此，我们也对表面超热电子产生的必要条件和影响其发射的主要因素进行了系统的研究。2、然后，利用SILEX-I激光装置研究了靶后的光学辐射过程。发现沿激光传输方向的辐射光谱中有红移的二次谐波相干峰。分析认为，该二次谐波是V×B加热产生的超热电子越过靶后表面产生的相干渡越辐射，而二次谐波的红移是等离子体临界面运动的结果。由此我们得到了等离子体临界面的运动方向和速度。利用时间积分的靶后辐射图像，对比研究了不同输运层介质时的电子输运过程，发现超热电子的输运过程强烈的依赖于输运层介质的密度和电导率。3、最后，进行了飞秒激光在大气中传输的实验研究。利用条纹相机，对飞秒激光脉冲在大气中传输产生的等离子体通道的荧光信号进行了时间-空间分辨成像。根据测量的条纹图像，单发就得到了等离子体通道电离波前的传播速度。同时，也得到了时间分辨的等离子体通道长度和不同通道位置处的通道寿命。利用条纹相机进行时间-空间成像，这是对激光等离子体通道诊断的一个很好的补充。
付光宇[8]2013年在《超短脉冲强激光高阶克尔效应模拟研究》文中提出超短强激光脉冲具有很多潜在的应用,例如产生太赫兹波、超宽带激光雷达、激光引雷等等,这使得超短强激光脉冲激光大气传输成为近年来激光研究的热点问题。强激光脉冲在大气中传输时,由于叁阶克尔自聚焦效应、高阶克尔效应以及等离子体散焦效应的动态平衡,它会在空气中形成自导传播现象。本文应用分步傅里叶方法和Crank-Nicholson差分格式(简称FCN方法),采用文献中最新报道的高阶克尔系数,数值模拟了飞秒和皮秒强激光脉冲在大气中的传输图像,对高阶克尔散焦效应与等离子体散焦效应在激光传输过程中的影响进行了分析,并在给定激光脉冲能量与峰值光强的条件下,研究了不同初始功率对其传输特性的影响。主要的研究成果有：在给定相同初始激光脉冲的条件下,本文分别使用完整模型、不包含电离效应的完整模型、经典模型(不含高阶克尔效应)、真空传输模型(不含非线性效应)对飞秒(TFWHM=70fs)和皮秒(TFWHM=1.2ps)脉冲激光在大气中的传输过程进行了数值模拟。结果表明,高阶克尔效应在飞秒激光脉冲传输过程中起主导作用,等离子体散焦效应相对于高阶克尔效应来说相对较弱,但是其仍然会对激光脉冲横截面能量分布产生较大的影响。经典模型给出的光强极大值比完整模型的结果大一倍以上,其预言的等离子体密度比后者要大一个数量级以上。与飞秒脉冲相比,皮秒脉冲产生的等离子体密度相对较大,等离子体散焦效应更强,故对于皮秒脉冲或更长脉冲激光而言,等离子体散焦效应不可忽略。本文还应用完整模型研究了在给定激光脉冲能量与峰值光强的条件下,不同初始功率对飞秒激光脉冲大气传输的影响。模拟结果显示,随着输入功率的增大,等离子体散焦效应逐渐增强,脉冲在时间和空间上的分裂也愈加明显,由于电离效应逐渐增强,导致激光脉冲损失更多的能量。当输入功率较小时,激光脉冲的脉宽较大,脉冲半径较小,光强通量在空间上更加集中,此时自聚焦效应将变得明显。
刘红杰[9]2007年在《超强超短脉冲激光与团簇相互作用实验研究》文中研究表明作为强场物理的一个重要分支,超强超短脉冲激光与团簇的相互作用是近年来一个十分活跃的研究领域。随着啁啾脉冲放大(CPA)技术的发展,飞秒级的超强激光已达到PW水平,功率密度达到10~(20)W/cm~2甚至更高,由此产生了超强电磁场、超高温、超高压力等极端条件。超强超短脉冲激光的实现为高能量密度物理研究提供了非常重要的实验平台,也为开展强激光与大团簇相互作用的实验研究提供了崭新的物理条件。原子(分子)团簇是由两个以上,多则成千上万的原子(分子)通过物理或化学结合力组成相对稳定的微观或亚微观聚集体,其物理和化学性质随所含原子数目的变化而变化。团簇的空间尺度从几埃到几百埃不等,所表现出来的性质既不同于单原子分子,又不同于固体液体,通常把团簇视为介于原子、分子与宏观固体之间的物质结构层次,是各种物质由原子分子向大块物质转变的过渡状态。根据团簇内原子之间结合力的不同,团簇可分为金属团簇、共价团簇、离子团簇、氢键团簇和范德瓦尔斯团簇等。高压气体的绝热膨胀是产生范德瓦耳斯团簇的有效途径,高压稠密气体经喷嘴向真空高速喷射过程中,其内能转化为定向动能,温度急剧下降,从而使气体处于过饱和状态而凝结形成团簇,如果气体密度满足一定条件,形成的团簇还会通过叁体碰撞继续生长,这是一种典型的非平衡过程。团簇的束流密度和平均尺度是团簇靶的两个基本参数,密度分布以及随背压和时间的变化关系等参数诊断对于实验方案的设计和实验结果的分析至关重要。我们通过瑞利散射实验测量得到了团簇大小与背压的关系以及团簇尺度随时间变化的特性曲线,讨论了影响团簇尺度的相关因素。激光干涉技术是一种能精确到波长量级的精密测量技术,我们采用的分振幅法,设计并搭建了Mach-Zehnder干涉仪,形成了一套干涉法密度诊断技术,这种技术适用于气体密度迅速变化的过程诊断。实验中我们获得了清晰的干涉图样,由干涉图样与参考图样可以得到探针光的位相飘移,位相飘移通常是气体折射率和传输距离的乘积。由于气体靶密度呈轴对称分布,进而通过阿贝尔反演计算出气体靶的密度分布。改变背压和延时,我们还研究了气体密度随压强与时间的变化关系。这些结果对分析激光与团簇相互作用过程,优化激光打团簇靶参数具有重要意义,同时也加深了对团簇形成过程的认识。与固体靶和气体靶不同,团簇在与超强超短脉冲的相互作用过程中表现出来一些鲜明的特征。团簇最初通过阈上限电离被离化,只要激光功率密度达到一定值,这种电离激光脉冲的前沿到来就已经开始,使得团簇内的自由电子密度迅速增加,形成纳米尺度的高密度等离子体。等离子体对入射激光场的屏蔽作用使团簇的光电离速率下降,并使得等离子体加热及膨胀速度变慢,这种屏蔽作用加强之后,碰撞电离变成了团簇的主要电离机制。在激光脉冲存续期间,团簇等离子体中的电子通过逆轫致吸收、碰撞吸收等进一步沉积激光能量并获得加热。电子被剥离后,离化的团簇球在电子压力和库仑斥力的作用下迅速膨胀,团簇的种类和尺度对团簇的膨胀行为影响很大,对于氘团簇,其电子比较容易被激光电场完全剥离。我们在20TW的激光装置上开展相互作用实验,探索了氘团簇在激光场中的演化过程,获得了高能氘离子能谱。采用库仑爆炸模型并考虑不同尺度的分布的情况,我们对氘离子能谱进行了模拟计算,结合理论计算结果,发现库仑爆炸模型比较好的描述了氘团簇在超强超短脉冲激光场的演变行为。超强超短脉冲激光场中氘团簇库仑爆炸释放出来的高能氘离子为实现聚变反应提供了又一途径。激光电场将团簇内部的电子剥离后,离化团簇内沉积大量的库仑能,伴随着激光能量的沉积团簇发生库仑爆炸并释放高能离子,如果氘离子的能量和数密度达到一定的值,就可以实现DD聚变反应。我们发展了飞秒激光诱发氘团簇聚变的解析模型,计算结果表明团簇半径小于5nm时,聚变中子主要产生于热等离子体区域,随着团簇尺度的增大,来自于周围相对较冷团簇区域的中子所占的份额越来越大,对于平均尺度一定的团簇,其尺度分布单一将有利于聚变中子产额的提高。利用KAERI的10TW超短脉冲激光装置我们实现了团簇聚变,激光脉冲宽度30飞秒,能量300毫焦,气体背压在50atm时平均每发中子产额10~3,由于实验中团簇的平均尺寸远小于5 nm,激光氘团簇聚变发生的区域主要是激光辐照的等离子体热区。通过不同离焦条件下的实验,观察到中子产额随激光焦斑的增大而逐渐增大,还初步获得了诱发氘团簇聚变的临界激光功率密度条件4.3×10~(15)W/cm~2,这对于研究提高中子产额乃至相应的应用研究至关重要。加速器是获得高能粒子的有效手段,激光尾场加速高能电子突破了传统的加速理念,利用等离子体中激发的等离子体波获得高得多的加速梯度,因为等离子体作为加速介质可以承受非常高的加速电场。沿着等离子体波传播方向注入的速度与波速相近的电子将会被捕获并等离子体波纵向电场方向得到剧烈的加速。我们采用团簇和气体分子这种混合喷流靶研究了激光尾场对高能电子的加速过程,获得了60MeV高能电子,并发现在36.2 MeV和16.7 MeV出现了准单能电子分布,有趣的是,我们首次观察到高能电子束的劈裂现象。实验中激光功率密度已经达到相对论强度,等离子体中电子振荡速度接近光速,此时相对论效应显着,此时电子质量将大大超过其静止质量。对于激光脉冲在靶介质中的传输团簇等离子体起到了类似透镜的作用,即极大促进了自聚焦效应。自聚焦在激光焦斑中心产生后将向边缘部分横向扩散,密度越低横向扩散越厉害,激光强度的不均匀造成等离子体密度复杂的空间调制,反过来,等离子体密度又调制了激光强度,进一步演化为等离子体通道分裂,因而高能电子在被加速过程中产生了分束。除了激光尾场能够有效地加速电子以外,激光与团簇等离子体相互作用过程中还有很多相互作用机制可以产生超热电子。根据等离子体密度标长的不同产生超热电子的机制主要有真空加热或共振吸收,我们分别研究了超热电子沿激光后向和侧向的发射,实验中用铝箔挡掉了能量较低各向同性发射的超热电子。沿激光侧向的超热电子能量高于80keV,是由于共振吸收在临界密度处产生;沿激光后向的超热电子发射是由后向反射激光加速电子产生的。
任远[10]2014年在《飞秒激光在纳米粒子掺杂液体中的超连续辐射》文中研究表明近年来,随着超强超快脉冲激光技术的发展,飞秒激光与物质相互作用领域出现了许多新的现象,飞秒激光脉冲在透明介质中传输时产生等离子体细丝并出现超连续辐射就是其中之一。论文主要工作是对飞秒激光与纳米粒子掺杂液体的相互作用进行研究：首先阐述了飞秒激光脉冲在透明介质中形成等离子体丝的物理机制、传输过程中出现的几种非线性现象以及飞秒激光与物质作用的相关应用。接下来,对纳米粒子(银纳米粒子、量子点)的光学相关特性、光学非线性研究进展及其应用作了简要概述。在实验方面,本文对飞秒激光在银纳米粒子掺杂液体、量子点CdTe溶液中产生的超连续谱进行了测量,并与水中产生的超连续谱进行了对比,通过改变溶液浓度、入射激光脉冲能量、聚焦位置、透镜焦距以及偏振态等实验条件对所产生的超连续谱进行分析,系统地研究了以上实验参数对超连续谱的影响。
参考文献：
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[2]. 超短脉冲强激光在大气中的传输特性[D]. 张宁. 浙江大学. 2010
[3]. 强场激光诱导等离子体传输特性的研究[D]. 宋娟. 华东师范大学. 2008
[4]. 强飞秒激光在大气中的成丝非线性光学研究[D]. 郝作强. 中国科学院研究生院（物理研究所）. 2007
[5]. 飞秒强激光在空气与低密度等离子体中传输的数值研究[D]. 马占南. 中国科学技术大学. 2015
[6]. 带电粒子在强激光和强磁场中的共振加速机制及其在实验天体物理中的应用[D]. 刘红. 中国工程物理研究院. 2004
[7]. 超短超强激光与薄膜靶的相互作用和等离子体通道的时间分辨研究[D]. 远晓辉. 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）. 2006
[8]. 超短脉冲强激光高阶克尔效应模拟研究[D]. 付光宇. 西南交通大学. 2013
[9]. 超强超短脉冲激光与团簇相互作用实验研究[D]. 刘红杰. 中国工程物理研究院. 2007
[10]. 飞秒激光在纳米粒子掺杂液体中的超连续辐射[D]. 任远. 长春理工大学. 2014