检索结果-内蒙古大学图书馆

超强激光与等离子体相互作用产生中子的计算

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物理学报 2005年第10期54卷 4799-4802页

作者：张翼李玉同张杰陈正林 R.Kodama 中国科学院物理研究所光物理实验室 Institute of Laser Engineering Osaka University

对超强激光与等离子体相互作用过程中发生的氘-氘反应的中子能谱进行了计算.并将计算结果与实验结果相比较.采用麦克斯韦能量分布和高斯形式的角分布对实验结果进行拟合,从而确定了入射氘离子的温度和角分布,为研究离子的加速机制提供... 详细信息

对超强激光与等离子体相互作用过程中发生的氘-氘反应的中子能谱进行了计算.并将计算结果与实验结果相比较.采用麦克斯韦能量分布和高斯形式的角分布对实验结果进行拟合,从而确定了入射氘离子的温度和角分布,为研究离子的加速机制提供了依据.

关键词：中子能谱激光与等离子体相互作用等离子体计算结果超强激光相互作用氘离子能量分布麦克斯韦作用过程

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成像板在超强激光与等离子体相互作用产生超热电子研究中的应用

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中国科学（G辑） 2009年第1期39卷 37-42页

作者：梁文锡李玉同徐妙华远晓辉郑志远张翼刘峰王兆华李汉明金展魏志义赵卫李英骏张杰中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室北京100190 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学国家重点实验室西安710068 中国矿业大学理学院北京100083

成像板(imageplate,IP)具有动态范围宽、量子效率高、线性度与灵敏度好以及可重复使用等优良特性,在物理实验研究中具有很大的应用潜力.将成像板技术应用于超短超强激光与等离子体相互作用实验中产生的超热电子的诊断,研究了相互作用中... 详细信息

成像板(imageplate,IP)具有动态范围宽、量子效率高、线性度与灵敏度好以及可重复使用等优良特性,在物理实验研究中具有很大的应用潜力.将成像板技术应用于超短超强激光与等离子体相互作用实验中产生的超热电子的诊断,研究了相互作用中产生的超热电子的空间分布和能谱.该技术的引入为激光等离子体领域的研究提供了强有力的实验手段,提高了实验效率.

关键词：成像板激光与等离子体相互作用超热电子

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短脉冲激光等离子体相互作用的离子发射谱研究

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量子电子学报 1992年第1期13卷 3-4页

作者：孙岚徐至展张燕珍中国科学院上海光学精密机械研究所 201800

短脉冲强激光系统的建立,为激光与等离子体相互作用的研究提供了非常新颖和有利的实验条件。短脉冲强激光辐照固体靶,能瞬间在固体表面形成非常薄(小尺度)的高密度等离子体。由于短脉冲激光上升沿较陡,所产生的激光等离子体便具有一些... 详细信息

短脉冲强激光系统的建立,为激光与等离子体相互作用的研究提供了非常新颖和有利的实验条件。短脉冲强激光辐照固体靶,能瞬间在固体表面形成非常薄(小尺度)的高密度等离子体。由于短脉冲激光上升沿较陡,所产生的激光等离子体便具有一些新的特征,其产生机理,二次谐波发射,X射线发射,以及离子发射都与长脉冲激光等离子体有所差别。

关键词：激光等离子体离子发射短脉冲激光激光与等离子体相互作用二次谐波发射高密度等离子体长脉冲强激光系统中国科学院激光辐照

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超短脉冲激光与电爆炸等离子体相互作用机理研究

超短脉冲激光与电爆炸等离子体相互作用机理研究

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作者：赵建材河北工业大学

学位级别：硕士

在金属丝电爆炸实验研究中,通常利用高时空分辨率诊断技术研究电爆炸产物的时空演化过程。激光能量沉积对电爆炸等离子体的流场分布特性会产生影响,进而影响电爆炸等离子体的动力学行为。为了深入理解超短脉冲激光与电爆炸等离子体相互... 详细信息

在金属丝电爆炸实验研究中,通常利用高时空分辨率诊断技术研究电爆炸产物的时空演化过程。激光能量沉积对电爆炸等离子体的流场分布特性会产生影响,进而影响电爆炸等离子体的动力学行为。为了深入理解超短脉冲激光与电爆炸等离子体相互作用的复杂物理过程,开展数值模拟研究具有十分重要的意义。本文首先建立了等离子体负载中激光能量沉积的物理数学模型。模型主要包括双温磁流体力学模型、激光光束模型和激光能量沉积模型,上述模型通过能量守恒方程进行耦合。该模型还可以用于模拟超短脉冲激光与金属铝靶相互作用的物理过程。针对1064 nm和532 nm激光作用金属铝靶开展了数值模拟研究,并通过实验手段对数值模拟结果进行验证。结果表明,实验测量得到的烧蚀坑半径和深度与数值模拟结果一致性较好,物理数学模型具有较高的准确性。其次,开展了超短脉冲与电爆炸等离子体相互作用的数值模拟研究,得到了典型参数激光作用下电爆炸等离子体的流场特征参数分布。结果表明,激光能量沉积导致丝芯表面处电子温度、平均电离度和压强出现显著增大,且随着电爆炸产物的扩散迅速降低。芯-晕结构径向密度分布呈现先增大、后减小的变化趋势。激光能量沉积导致丝芯表面产生冲击波,推动并压缩晕层等离子体,促进了爆炸产物的扩散。最后,重点研究了激光参数对电爆炸等离子体动力学行为的影响。开展了激光功率密度对等离子体动力学行为影响的研究,得到了区分诊断激光与消融激光的功率密度阈值为1.53×1010 W/cm2,总结了功率密度对等离子体密度、电子温度、平均电离度和扩散速度等物理参数的影响。结果表明,激光功率密度是影响等离子体动力学行为的关键因素。研究了激光波长对电爆炸等离子体动力学行为的影响。消融激光波长越短,激光能量在丝芯等离子体中沉积越深,产生的激光消融效果越好。并且,在激光功率密度足够大时,266 nm消融激光脉冲可以实现电爆炸等离子体的完全电离。分析了激光脉冲持续时间对等离子体动力学行为的影响。增大脉冲持续时间,可以增加消融激光在电爆炸等离子体中的能量沉积,使丝芯等离子体电离水平升高。当脉冲持续时间为5 ns时,可以实现电爆炸等离子体的完全电离。本文研究结果对促进激光与等离子体相互作用和金属丝电爆炸激光探针诊断技术的发展具有重要意义。

关键词：激光与等离子体相互作用激光能量沉积金属丝电爆炸磁流体力学诊断激光

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一维动理学数值模拟激光与等离子体的相互作用

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物理学报 2014年第8期63卷 312-319页

作者：邹长林叶文华卢新培华中科技大学强电磁与新技术国家重点实验室武汉430074 北京应用物理与计算数学研究所北京100088

利用一维(1D3V)、显式、全电磁、相对论粒子模拟代码研究动理学范畴内激光与等离子体相互作用中的受激拉曼散射,给出了粒子代码的控制方程及其数值离散的详细方案,研究表明:动理学效应在受激拉曼散射不稳定性中十分重要;时问平均的反射... 详细信息

利用一维(1D3V)、显式、全电磁、相对论粒子模拟代码研究动理学范畴内激光与等离子体相互作用中的受激拉曼散射,给出了粒子代码的控制方程及其数值离散的详细方案,研究表明:动理学效应在受激拉曼散射不稳定性中十分重要;时问平均的反射率在阈值强度处跃升,在更高的激光强度处达到饱和;受激拉曼背向散射周期性地在次皮秒内爆发,离子效应延迟背向拉曼散射的发生;电子俘获导致了背向拉曼散射出现爆发;Langmuir波的非线性频移使得背向散射达到饱和。

关键词：粒子模拟激光与等离子体相互作用受激拉曼散射

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多色飞秒激光场产生高能量超宽带太赫兹辐射的研究进展

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中国激光 2023年第17期50卷 81-95页

作者：卢晨晖庄龙振张志文刘则甫刘一上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093

飞秒激光聚焦在空气中能够产生高能量超宽带的太赫兹辐射,这种强场太赫兹辐射在物态操控、太赫兹通信、生物医学成像等领域具有重要的应用价值。采用双色乃至多色激光场是提高气体等离子体中太赫兹辐射强度的关键路径之一。本文回顾了... 详细信息

飞秒激光聚焦在空气中能够产生高能量超宽带的太赫兹辐射,这种强场太赫兹辐射在物态操控、太赫兹通信、生物医学成像等领域具有重要的应用价值。采用双色乃至多色激光场是提高气体等离子体中太赫兹辐射强度的关键路径之一。本文回顾了多色场驱动空气等离子体太赫兹辐射源的发展历程,按照单色场、双色场到三色场的发展脉络,从实验方案、理论原理、优化探索三方面综述了国内外多色飞秒光场驱动气体等离子体太赫兹辐射的研究现状和最新成果,并对该方向的未来发展进行了展望。

关键词：非线性光学太赫兹技术强场太赫兹辐射源多色飞秒激光场激光与等离子体相互作用

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基于激光等离子体的X/γ辐射研究进展

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强激光与粒子束 2023年第1期35卷 63-78页

作者：鲁瑜张昊张亮琪魏玉清李倩妮沙荣邵福球余同普国防科技大学理学院长沙410073 南华大学核科学与技术学院湖南衡阳421001

随着激光技术的不断发展,激光功率突破10 PW量级,激光与物质相互作用进入近量子电动力学(QED)范畴。从弱相对论激光到相对论激光再到强相对论激光,激光场与物质的耦合可以产生能量从keV到MeV甚至GeV的X/γ射线。这些辐射具有通量大、亮... 详细信息

随着激光技术的不断发展,激光功率突破10 PW量级,激光与物质相互作用进入近量子电动力学(QED)范畴。从弱相对论激光到相对论激光再到强相对论激光,激光场与物质的耦合可以产生能量从keV到MeV甚至GeV的X/γ射线。这些辐射具有通量大、亮度高、能量高和脉宽短等特点,在核物理、高能量密度物理、天体物理等基础研究以及材料科学、成像、医学等领域具有广泛应用前景。系统梳理了近年来相对论强激光与气体、近临界密度等离子体及固体靶相互作用,通过诸如同步辐射、betatron和类betatron辐射、Thomson散射和非线性Compton散射过程等产生高能X/γ射线的最新研究进展,总结了各种方案产生的X/γ射线的品质因子和潜在应用,并为下一步基于强激光大科学装置的实验研究提供理论参考。

关键词：强场量子电动力学激光与等离子体相互作用高能辐射 X射线 γ射线

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涡旋光相干叠加和相对论时空涡旋光的反射研究

涡旋光相干叠加和相对论时空涡旋光的反射研究

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作者：郭新菊上海师范大学

学位级别：博士

激光的出现是人类科技史上重大的进步,1960年梅曼（***）制造出第一台激光器,意味着“激光革命”的开始,激光与物质的相互作用成为了这一领域最前沿、最炙手可热的研究方向之一。啁啾脉冲放大技术的出现,使得激光强度得以迅速提升,在实... 详细信息

激光的出现是人类科技史上重大的进步,1960年梅曼（***）制造出第一台激光器,意味着“激光革命”的开始,激光与物质的相互作用成为了这一领域最前沿、最炙手可热的研究方向之一。啁啾脉冲放大技术的出现,使得激光强度得以迅速提升,在实验室中获得的激光聚焦强度达到1023 W/cm2,脉冲宽度在飞秒量级的超短超强激光,为激光与物质相互作用提供了极端光场条件。自此激光与等离子体相互作用进入到非线性领域。涡旋光束由于携带轨道角动量,使其在粒子捕获,材料加工,产生螺旋电子束等领域比一般光束有着更大的优势,一直以来吸引着人们的研究兴趣。但传统方式下产生的涡旋光束强度较低,相干叠加方式由于可以打破单路激光器输出功率的限制,因而在实验中被用来获得超强涡旋光束。最近,携带横向轨道角动量的时空涡旋光在实验中产生,出现大量关于其理论和应用的研究工作。当时空涡旋光的强度提高到相对论强度时,我们可以预测到在与等离子体相互作用时会有新的非线性效应的出现。最近的研究表明,时空涡旋光可以被聚焦到亚波长的空间尺度和飞秒脉冲宽度,拥有产生高强度时空涡旋光的能力,基于等离子体的一些方法也提出获得携带倾斜或垂直轨道角动量的超强时空涡旋光的途径。基于以上技术的发展,本论文主要研究超强涡旋光场的产生和相对论时空涡旋光与等离子体的相互作用,主要做了以下工作:1、理论上提出了一种产生超强涡旋光场的方法。将多束倾斜入射的涡旋光束相干叠加,在共同的焦斑平面观测到具有相对论强度的涡旋光场。对合成场的研究发现,合成场中存在具有超高强度的局域斑,并且当子光束间初始相位相同时,高强度局域斑的峰值强度相同,近似为20。合成场的能量大部分聚集在高强度区域。同时,发现在合成场的瑞利距离内,高强度区域可稳定向前传播。对合成场的轨道角动量分析发现,其轨道角动量的空间分布与入射Laguerre-Gaussian（LG）光相似。这种具有轨道角动量和强点分布的涡旋光场为超强涡旋光与等离子体的发展提供了新的潜能。在瑞利距离内,合成场中环中功率占比保持在70%以上,在焦平面处环中功率比最高,为88%,而即使子光束间初相位不为零时,环中功率占比仅略有下降。最后,由于实际上中不可避免地存在相位波动,我们考虑了入射子光束中存在随机相位时合成场的变化。结果表明,合成场的强度分布更加分散,这一特性在大型核聚变装置中有重要应用,尤其是可抑制受激拉曼散射和激光在等离子体传播时的成丝现象。2、在相对论时空涡旋光与等离子体靶相互作用过程中发现偏离经典反射定律的现象,对光束反射内容做出了重要补充。经典光学反射定律规定:一束光在介质平面反射时,反射光在入射平面内,且反射角等于入射角。但轨道角动量会影响光束的反射,并且相对论强度的激光与等离子体相互作用会存在非线性效应。本文中,利用三维数值模拟,发现一束相对论强度的时空涡旋光垂直撞击等离子体靶面时,反射光在入射平面内发生非镜面反射。从激光反射过程中动量和角动量,等离子体靶中电子密度分布方面均证明了反射光的偏转。同时,根据角动量守恒理论和麦克斯韦应力张量理论解释了偏转的原因。由于时空涡旋光携带横向轨道角动量,垂直入射时激光对靶面施加了不对称的应力,导致靶面螺旋对称性被破坏,从而导致了反射光的偏转。另外,在实际实验中选择更高的激光强度,小焦斑,大拓扑荷数的入射激光,可得到更加明显的入射角。这种偏转本质上属于角向Goos-H?nchen效应,但由时空涡旋光导致的偏转即使在垂直入射时也是存在的。

关键词：激光与等离子体相互作用涡旋光相干光束叠加时空涡旋光反射定律

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脉冲CO2激光诱导空气等离子体的光谱诊断

脉冲CO2激光诱导空气等离子体的光谱诊断

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作者：唐建华中科技大学

学位级别：博士

将高功率激光进行聚焦后,会引起被照射物质击穿产生高温高压等离子体,并伴随有强烈的冲击波效应和闪光。于是,研究者们开始将激光诱导等离子体的这些特性应用到航空航天、核能开发、工业监测、环境污染和生物工程等领域。同时,随着对激... 详细信息

将高功率激光进行聚焦后,会引起被照射物质击穿产生高温高压等离子体,并伴随有强烈的冲击波效应和闪光。于是,研究者们开始将激光诱导等离子体的这些特性应用到航空航天、核能开发、工业监测、环境污染和生物工程等领域。同时,随着对激光诱导等离子体相关机理和特性研究的不断推进,激光诱导等离子体的相关应用也必将得到更为深入的发展。本论文利用脉冲CO2激光器在空气中聚焦诱导产生等离子体,从理论上和实验上对激光诱导等离子体的击穿、膨胀、辐射过程进行了比较系统的研究,并分析了激光与等离子体相互作用时的能量沉积过程。本论文首先对脉冲CO2激光诱导空气等离子体的击穿和演化过程进行了理论分析和实验观测。由于C02激光的单光子能量非常小,多光子吸收电离过程对等离子体中的电子增长几乎没有贡献,自然环境中存在的自由电子碰撞雪崩电离是空气击穿的主要机制。在实验上,利用ICCD相机窄门宽序列采样的方法,探测得到了轴向和径向空气等离子体在击穿过后的膨胀过程。同时,结合激光支持的球面爆轰波模型,研究了在不同焦距和入射激光能量下空气等离子体的膨胀过程。实验结果表明,在较长的焦距和较高的入射激光能量下,等离子体具有更大的体积和更快的膨胀速度；激光支持爆轰波的结束时间与等离子体吸收面的激光功率密度密切相关,激光功率密度越高,等离子体爆轰波结束的时间就越晚。另外,结合测量得到的等离子体波前面积,计算得到了在等离子体波前位置获得的推力。结果显示,采用长焦距击穿产生的等离子体在波前位置获得的推力要比短焦距的要大。随后,对激光诱导击穿空气等离子体的发射光谱进行了细致的实验研究和理论分析。在理论上,基于局域热力学平衡态下的等离子体发射光谱理论,并结合空气等离子体Saha电离平衡方程,计算了空气等离子体中的平衡组分和连续光谱。结果表明,随着温度升高,高电离态粒子的浓度越来越高,空气等离子体的电离度也随之升高；并且单原子结构的粒子占据了等离子体中的绝对比例,而分子结构的粒子几乎可以忽略不计；同时,随着电子温度和电子密度升高,等离子体的连续光谱会逐渐增强,但是总的看来,轫致辐射占据了空气等离子体中连续光谱的主导位置。另外,基于局域热力学平衡态下的等离子体发射光谱理论,并在光学薄的假设下,建立了空气等离子体的线状光谱模型和连续光谱模型。利用该模型对实验测得的空气等离子体发射光谱进行了拟合,并计算得到了电子温度和电子密度。在实验上,为了获得等离子体在激光脉冲作用时间内的演化过程,搭建了一套具有时间和空间分辨的激光诱导空气等离子体发射光谱诊断实验平台,实现了轴向和径向的时空分辨等离子体发射光谱诊断。利用时间分辨发射光谱诊断装置,测量得到了不同激光脉冲能量条件下激光诱导空气等离子体的发射光谱特性。结果表明,在高能量激光诱导产生的空气等离子体中,离子线状光谱能够维持的时间远比低能量激光诱导产生的等离子体短,并且高能量激光产生的等离子体会表现出更为强烈的连续光谱强度。轴向和径向的时空分辨空气等离子体发射光谱的诊断由成像光谱仪的狭缝耦合方式实现。实验中发现,空气等离子体在轴向上的光强逆着激光方向逐渐增大,而径向等离子体的光谱分布则出现了一个向外围“分离”的现象。通过利用本论文建立的线状光谱模型计算了电子温度和电子密度随着时间和空间的变化规律。结果表明,在抛物聚焦面中产生的空气等离子体会形成一层对CO2激光不透明的反射面,使激光能量不能穿透这层临界面而到达等离子体中心,因此会使激光发生反射而对这层临界面外围的等离子体进行二次加热,而最终形成等离子体辐射光强在径向上分离。

关键词：激光诱导等离子体脉冲CO2激光等离子体击穿阈值激光支持爆轰波等离子体发射光谱诊断等离子体线状谱和连续谱电子温度和电子密度激光与等离子体相互作用

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高斯光束在等离子体中非线性传输特性的理论研究

高斯光束在等离子体中非线性传输特性的理论研究

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作者：王莹哈尔滨工业大学

学位级别：博士

激光与等离子体相互作用一直是科学工作者关注和研究重点方向。随着激光技术发展日趋成熟，激光强度已经达到1022 W/cm2，在如此强度电磁场作用下，激光与物质相互作用中各种非线性效应都可以被激发出来。作为一种具有特殊组成结构物质... 详细信息

激光与等离子体相互作用一直是科学工作者关注和研究重点方向。随着激光技术发展日趋成熟，激光强度已经达到1022 W/cm2，在如此强度电磁场作用下，激光与物质相互作用中各种非线性效应都可以被激发出来。作为一种具有特殊组成结构物质，等离子体内部带电粒子对外界电磁场响应及整体流动性使其显示出奇特物理性质。且随着各种人工等离子体出现，等离子体技术及应用也已经深入到众多前沿领域。激光在等离子体中传输自聚焦特性对激光驱动核聚变“快点火”、电磁辐射、激光驱动加速器等应用都有重要影响。本论文将选取高斯光束在等离子体中传播为背景，研究不同激光和等离子体参量及非线性相互作用对传输特性影响。首先我们研究等离子体电子温度对高斯激光光束在弱电离碰撞低温等离子体中传输特性影响。我们采用经典弱电离碰撞等离子体相对介电函数，考虑等离子体电子温度通过欧姆加热受到激光电场调制，激光在碰撞非线性和衍射发散作用下传播。采用WKB方法，将激光传输方程化简为光斑半径无量纲参量的二阶微分方程，并对其进行数值求解。通过考虑初始等离子体电子温度分布情况，包括空间均匀分布、线性变温以及不同变化特征长度，研究激光在等离子体中传播非线性特征温度效应。其次从激光和等离子体相互作用有质动力非线性出发，采用Drude模型，并定义复光程函数来推导高斯光束在等离子体中传播方程。有质动力能够改变等离子体电子密度空间分布，改变等离子体有效介电函数分布，产生聚焦非线性效应。等离子体电子碰撞频率是Drude模型中引起介电损耗关键因素，我们通过考虑不同初始等离子体电子碰撞频率情况（空间均匀分布和碰撞频率受电子密度调制），讨论激光传输特征变化，具体包括激光光斑半径、激光电场强度、激光传播距离、等离子体电子密度及碰撞频率分布。在考虑强激光入射并激发相对论效应条件下，我们讨论了高斯激光光束在等离子体中传输特征变化。在相对论修正下，等离子体频率和等离子体电子碰撞频率受到强激光电场强度调制，导致等离子体折射率沿径向不均匀分布，产生正透镜效果。高斯激光在相对论聚焦非线性、衍射发散和电子碰撞引起介电损耗作用下传播。我们分别考虑低密度、临界密度和过稠密度等离子体三种情况，并具体分析了激光能够在过稠等离子体中连续传播临界条件和激光光斑尺寸。利用高温等离子体有效介电函数模型，研究高斯激光光束在高温等离子体中传输特征变化。由于高温等离子体具有不同于低温等离子体介电性质和温度效应，我们分别考虑有质动力非线性和相对论非线性两种情况。通过研究介电函数分解项ε2及激光自陷传输初始条件曲线，可以将激光和等离子体非线性相互作用划分为聚焦和发散两种效果，同时讨论了临界等离子体温度及其随等离子体电子温度变化规律。

关键词：激光与等离子体相互作用高斯光束传输特征有质动力热碰撞非线性相对论非线性等离子体温度效应

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