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。     

超短脉冲激光与固体靶相互作用的硬X射线能谱

本实验使用高纯锗探测器，运用单光子法，对超短脉冲激光与固体铜靶相互作用产生的硬X射线能谱进行测量。实验结果表明：在激光强度I≈8×10¹⁶W/cm²的P极化光以45°入射角照射5 mm铜靶、探测立体角为4.5×10^－6的实验条件下，产生的硬X射线的能量主要集中在低于100keV能量范围内，超热电子温度分别为(7.4±0.7)keV和(19.5±1.6)keV。     

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。     

超热电子能谱测量

采用180电子磁谱仪方法测量了超短(120 fs)红外(744 nm)脉冲激光与固体等离子体相互作用产生的超热电子能谱。激光参数为无预脉冲、45斜入射的P激化光,靶为5 mm的铜,靶表面经机械抛光,靶上功率密度为1016 W/cm2。谱仪设置在入射激光的正反射方向,测量到的能谱采用 Maxwellian(e     

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。     

预脉冲对超短激光与薄膜靶相互作用加速产生质子的影响

采用波长为744 nm、聚焦功率密度为6×10¹⁶W/cm²的超短激光分别与两种不同厚度的铝薄膜靶相互作用,根据鞘层加速机制在靶后法线方向测量质子束角分布和能谱随靶厚度的变化,研究了预脉冲对质子加速的影响。随着薄膜靶厚度的降低,质子计数迅速增加,但当薄膜靶厚度太薄时,激光预脉冲形成的预等离子体影响了薄膜靶的面型,导致质子横向发散角迅速增加,而薄膜靶面型的破坏减少了激光与等离子体相互作用过程中的电子回流,从而降低了超热电子的产生和鞘层加速电场的维持,影响了质子的加速能谱。因此,超短脉冲激光与薄膜靶相互作用加速产生质子束,应尽量降低预脉冲,不能采用太薄的薄膜靶,以避免预等离子体影响薄膜靶的面型,导致质子的能量降低、发散角增大。     

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     

强激光与固体靶相互作用所致硬X射线剂量和能谱的实验测量

为了研究强激光与固体靶相互作用产生的电离辐射危害,本文在星光Ⅲ300TW强激光装置上开展了一系列激光打靶实验。实验使用的激光功率密度为5×10~(18)~4×10~(19)W/cm~2,激光脉冲能量为60~153J,靶为直径1mm、厚度1mm的Ta圆柱,本文分别对X射线剂量、X射线能谱和超热电子能谱进行了测量。实验结果表明,测量到的单发最大X射线剂量约为16.8mSv,靠近激光传播方向(0°),距靶50cm处;激光0°方向的X射线剂量随激光功率密度的增加而显著增加,激光90°方向的X射线剂量随激光功率密度的变化相对较小;测量到的X射线能谱可大致用含有两个X射线温度的指数分布函数描述,其中0°方向测量到的X射线温度为0.4~1.15 MeV,90°方向测量到的X射线温度为0.25~0.54 MeV;实测超热电子温度与Wilks定标率符合较好。     

紫外超短激光驱动铜薄膜靶产生质子的实验研究

在中国原子能科学研究院的放电泵浦的紫外KrF超短脉冲激光放大装置上,开展了紫外超短脉冲激光与铜薄膜靶相互作用加速产生质子束的实验研究。紫外超短脉冲激光输出能量为30 mJ、波长为248 nm、脉冲宽度为500 fs,采用离轴抛物面镜聚焦获得激光聚焦功率密度为1.2×10¹⁷ W/cm²。激光以45°入射5 μm厚的铜薄膜靶,质子最大能量超过300 keV。紫外超短脉冲激光的高对比度和高吸收效率是紫外激光加速的优点。     

超短超强激光与固体靶相互作用所致X射线剂量实验研究

超短超强激光与固体靶相互作用可产生显著的X射线剂量,其辐射防护问题是辐射防护和激光等离子体物理的学科交叉问题,对超短超强激光装置安全运行至关重要。为验证清华大学所提出的剂量评估公式,对超短超强激光与固体靶作用所产生的X射线剂量开展了实验研究。设计了用于屏蔽靶室内超热电子和散射光子的屏蔽结构,仅测量超热电子和固体靶作用所产生的X射线剂量,并开展蒙特卡罗模拟评估其屏蔽效果。基于星光 Ⅲ激光装置对不同激光功率密度（7×1018~4×1019 W/cm2）下不同角度上的X射线剂量开展了实验测量,并与不同的剂量评估公式结果进行了比较分析,实验中还对不同剂量测量探测器的响应进行了比较。计算结果表明,所设计的屏蔽结构能很好地屏蔽超热电子和散射光子。实验结果表明,清华大学所提出的剂量评估公式较文献公式能更好地与实验结果吻合。随激光功率密度的增加,前向的X射线剂量较侧向增加得更快。     

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。     

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.