6 紫外超短脉冲激光多脉冲并束技术的初步研究

紫外超短脉冲的并束一直是国际上的一个难点。虽然各国对如何有效地进行紫外超短脉冲的并束进行了研究，但都没有得到很好的解决方案。     

高功率紫外超短脉冲激光

建立了国内第一台桌面高功率紫外超短脉冲激光系统。采用放电泵浦KrF准分子激光器、离轴放大技术 ,将能量 1mJ的 2 48nm紫外超短脉冲激光放大到 5 0mJ,利用棱镜对进行群速度色散补偿 ,将激光脉冲宽度由 42 0fs压缩到 2 2 0fs,用焦距为 40cm的透镜将放大后的超短脉冲激光聚焦到焦斑 5 μm ,功率密度达到 1 0 17W/cm2 。     

高功率紫外超短脉冲激光

高功率紫外超短脉冲激光@汤秀章@张海峰@陶业争@单玉生@王乃彦     

紫外超短脉冲激光的放大

近年来,随着CPA（脉冲啁啾放大）等技术的发展,激光功率有了很大提高,超短脉冲激光器及超短脉冲激光与物质相互作用的研究已发展成为当今世界最热门最前沿的领域。日前,基于CPA技术的超短脉冲激光系统已经达到PW（1015）量级。紫外超短脉冲激光在强场物理及惯性约束核聚变快速点火等研究中具有无可比拟的优势,在小型超快中子源、激光化学、激光生物学等众多领域有着广泛应用。 准分子激光器在放大超短脉冲方面具有独特的优势。基于它的气体性质和饱和能量低、超短脉冲放大过程中的非线性效应小,可不采用CPA路线而直接将超短脉冲激光放大到1019W/cm2,甚至更高。它还可以提供一个信噪比高达1010的干净脉冲,这对于激光靶物理实验非     

超短脉冲激光加速质子束的研究

主要研究了激光参数和靶参数对产生质子能量的影响。为了获得尽可能的质子能量,激光参数如下:尽可能高的激光能量;采用P极化偏振光;预脉冲有一最优长度及最优预脉冲与主脉冲强度比;激光垂直入射;采用基频光。靶参数(材料、厚度、结构形状)对产生高能质子能量、产额、方向性有影     

高功率紫外超短激光脉冲光束质量研究

通过搭建传输和聚焦光学系统,采用CCD相机测量了高功率紫外超短脉冲激光系统的光束质量参数,如紫外种子光及其经过KrF准分子激光器放大后的焦斑光强空间分布、焦斑尺寸及极限衍射倍数β。结果表明,紫外种子光光束质量良好,β接近于1。经放大后,光束质量劣化,β达到6左右。经分析,光学元件的表面缺陷可能是导致光束质量下降的主要因素。     

两束紫外超短脉冲与固体靶相互作用光路的搭建

双脉冲打靶实验中传统光路的能量损失大,会使能量密度降低一个数量级。由于光学实验平台空间有限,镜子又多,调节和搭建复杂,实验调节和测得结果的准确性很低。于是搭建了一个新的可调控的光路,使实验效率和准确性大大提高。传统双脉冲光路示意图示于图1。图1传统双脉冲光路示意     

8 两束紫外超短脉冲与固体靶相互作用光路的搭建

双脉冲打靶实验中传统光路的能量损失大，会使能量密度降低一个数量级。由于光学实验平台空间有限，镜子又多，调节和搭建复杂，实验调节和测得结果的准确性很低。于是搭建了一个新的可调控的光路，使实验效率和准确性大大提高。     

超短脉冲激光聚焦特性的研究

将756nm、100fs的超短激光在传输一定距离后进行聚焦，在有和没有较严重自聚焦现象产生的情况下，对比分析远场发散角、焦斑大小以及能量集中度。发现在相同的聚焦系统下，激光束在空气中击穿时远场发散角略有增大，同时脉宽度展宽；所能获得的焦斑大小没有明显区别，     

紫外超短脉冲激光与固体靶相互作用产生超热电子能谱测量

利用电子磁谱仪测量紫外超短脉冲激光与固体等离子体相互作用产生超热电子的能谱,在无预脉冲、激光强度为1017 W/cm2的条件下,紫外(248 nm)超短(440 fs)脉冲激光与固体(Cu)等离子体相互作用产生超热电子的能谱呈双温麦克斯韦分布, 超热电子温度为81 keV,激光吸收的主导机制为真     

超短脉冲激光单次SHG-FROG的测量

将实验室现有的二次谐波（SHG）单次自相关仪和光谱仪结合起来,搭建了单次SHG．FROG测量设备（图1）。其基本原理是首先将入射光脉冲分为两束,其中一束作为探测光,另一束作为开关光,并将开关光引入一时间延迟,再让两束光通过非线性介质产生相互作用.     

紫外超短脉冲放大后的脉宽压缩

紫外超短脉冲在KrF准分子激光放大器中放大时,由于CaF2窗镜中的GVD效应与SPM效应的共同作用,对脉冲引入了啁啾,并且含有非线性啁啾,引起了脉宽的展宽,且限制了利用负线性啁啾补偿对脉宽的压缩,因此,需采取适当的方法对啁啾进行补偿,且进一步压缩脉宽。本实验采用熔石英体材料与     

超短脉冲激光自生磁场同位素分离实验研究

通过超短脉冲激光与固体氮化硼（BN）靶相互作用过程中产生的自生磁场实现了对同位素硼的分离,采用二次离子质谱法（SIMS）对同位素分离效果进行了测量。研究表明,一级浓缩比达50.8%。     

超短脉冲激光与原子团簇相互作用实验研究

实验研究了超短脉冲激光与原子团簇相互作用过程中各种实验条件对团簇吸收激光能量的影响。实验发现高Z稀有气体(Xe)以及较高的气体压力都更易形成大团簇,对激光能量的吸收较高。还研究了激光波长(744与248nm)、激光强度以及偏振态等对吸收效率的影响。结果表明,短波长激光更易被团簇吸收;在一定强度范围内(1015~1016W/cm2),随激光强度的增强,团簇对激光的吸收效率也增高;P极化光比S极化光更易被团簇吸收。利用能量计测量了不同实验条件下激光的吸收效率,室温下,2MPa Xe气体形成团簇对激光的吸收效率达50%,并利用飞行时间谱仪测量了离子…     

超短脉冲激光与固体等离子体相互作用实验研究

实验研究了超短脉冲激光（744nm/120fs/12mJ）与固体（Cu）等离子体相互作用产生超热电子的能谱与角分布,利用电子磁谱仪与成像板（IP）探测器测量能谱,采用IP在入射平面内测量角分布。在无预脉冲、P极化激光45°斜入射下,采用Maxwellian分布拟合得到的超热电子温度为46keV,超热电子主要沿靶法线方向发射。产生超热电子的主导机制为真空加热,等离子体的电荷分离势约为70keV。     

超短脉冲激光辐照固体靶产生超热电子研究

实验研究了超短脉冲激光辐照固体靶产生的超热电子温度 ,所用方法是测量超热电子在固体中韧致辐射产生的硬X射线 ( >30keV)能量连续谱。中等强度 ( 1 0 16W /cm2 )、无预脉冲、红外超短脉冲( 74 4nm ,1 30fs,6mJ)、P极化激光 4 5°照射 5mm铜靶 ,产生了能量为 4 0 0keV的X射线信号 ,利用Maxwellian分布拟合能谱得到的超热电子温度为 85keV ,产生高能电子的主导吸收机制为真空加热。     

3 超短脉冲激光与原子团簇相互作用实验研究

实验研究了超短脉冲激光与原子团簇相互作用过程中各种实验条件对团簇吸收激光能量的影响。实验发现高Z稀有气体（Xe）以及较高的气体压力都更易形成大团簇，对激光能量的吸收较高。还研究了激光波长（744与248nm）、激光强度以及偏振态等对吸收效率的影响。结果表明，短波长激光更易被团簇吸收；在一定强度范围内（10^15～10^16W／cm^2），随激光强度的增强，团簇对激光的吸收效率也增高；P极化光比S极化光更易被团簇吸收。