激光等离子加速器再破纪录

<正>美国伯克利实验室的研究团队刷新了激光等离子加速器产生能量的世界纪录:在20cm长的等离子体内产生了能量高达7.8GeV的电子束,是以前世界纪录的2倍,而使用常规技术需要约91m长的等离子体才能获得如此高的能量。研究人员通过使用新型等离子体波导抵消激光脉冲的自然扩散。在此等离子体波导中,充满气体的蓝宝石管被触发放电从而形成一个     

超短脉冲激光与固体靶相互作用

超短脉冲激光照射固体靶时可将其能量在极短的时间内沉积在靶表面一个极小的空间范围内,在固体靶表面产生固体密度的等离子体.超短脉冲激光与固体靶相互作用是强场物理中重要的研究方向之一,在激光等离子体领域开创出了一个全新的前沿分支.其对惯性约束聚变、新型粒子加速器、微波武器以及等离子体隐身等应用研究有重要的推动作用.本文系统地论述激光与固体靶相互作用的全过程;介绍了研究方法及国内外研究现状;分析了该课题研究的发展方向和动态.     

激光等离子体相互作用的能量吸收机制

基于激光等离子体交互作用的能量吸收机制建立了数学模型,采用PIC方法研究非均匀短脉冲强激光入射到均匀分布的稠密等离子体时的能量吸收机制.对比研究了J×B加热、共振吸收、真空加热三种能量吸收机制,以期找到最适合等离子激光复合熔积成形数值模拟能量吸收机制.     

双脉冲激光锡等离子体数值模拟研究

为了提高13.5 nm激光锡等离子体光源的极紫外辐射转换效率,双脉冲技术是一种行之有效的方法,通过数值模拟获得基于双脉冲激光驱动的液滴锡靶等离子体参数的演化行为与辐射机理对设计优化实验方案具有重要意义。利用Flash代码数值模拟研究了双脉冲激光辐照液滴锡靶产生的等离子体在不同波长组合及延时情形下的演化行为,研究结果表明：在双脉冲的时间延时间隔恒定时,主脉冲激光能量的增加会提高等离子体羽辉膨胀速度,导致更高的等离子体温度。随着CO₂激光与光纤激光脉冲之间延时的增加,靶材表面等离子体的峰值电子密度逐渐减少,渐趋于临界电子密度,等离子体冕区的电子温度呈下降趋势,且由等温膨胀转换为绝热膨胀的时间间隔增加。CO₂激光与光纤激光组合驱动的锡等离子体具有更加合适的极紫外辐射等离子体温度,具有获得较高极紫外辐射转换效率的潜力。     

纳秒脉冲激光沉积中等离子体膨胀的动力学模型

对纳秒脉冲激光沉积薄膜过程中等离子体膨胀的特点,建立了新的动力学模型.将等离子体视为高温高压的理想气体和无黏性的流体,得到了等离子体动力学方程组,并深入探讨了脉冲激光沉积过程中等离子体羽辉膨胀的速度特征.结果表明,影响等离子体内部及边缘速度的主要因素有：等离子体的温度、粒子的质量、等离子体的电离度以及动力学源等;由于动力学源的存在,等离子体的速度在垂直于靶材表面和平行于靶材表面的两个方向上,自然会形成具有不同自相似的分布.模拟了等离子体的膨胀过程,给出了等离子体的速度随温度的演化规律,实验结果比传统理论更为吻合.该结果对脉冲激光制备可控、高质量薄膜具有重要的指导作用.     

强引导磁场下等离子体波导中的场分析

文章从麦克斯韦方程组出发,利用纵向场分量法,详细地推导了强引导磁场下等离子体波导中电磁场分量的表达式.作为示例,给出了充等离子体螺旋线中电磁场的解.在该文所得结果的基础上,结合各区域的边界条件,可进一步导出等离子体波导中电磁波传播的色散方程.     

毫秒脉冲激光诱导金属铝等离子体膨胀研究

基于马赫泽德光学干涉法对毫秒脉冲激光诱导铝等离子体膨胀过程进行了研究。利用高速相机获得了铝等离子体膨胀图像,给出了等离子体膨胀距离和膨胀速度随时间以及激光能量的演化曲线。实验结果表明,毫秒脉冲激光诱导铝等离子体膨胀过程伴随着较强材料溅射,激光脉冲能量对等离子体膨胀速度时间演化曲线有一定的影响。在80J激光能量作用下诱导的铝等离子体膨胀速度为141.2m/s,产生了激光支持燃烧波。     

长脉冲激光诱导单晶硅产生等离子体特性

针对毫秒脉冲激光诱导单晶硅产生等离子体演化规律,利用光学阴影成像法研究单晶硅燃烧波膨胀过程,分析不同时刻等离子体状态,采用双端口光谱仪分析等离子体光谱,计算等离子体的主要特征参数.结果表明:随着激光能量密度的增加,燃烧波膨胀距离和膨胀速度增大,径向膨胀速度小于轴向膨胀速度;等离子体主要在单晶硅表面附近加速最大;等离子体膨胀时,观察到长脉冲特有的喷溅现象;激光能量密度在337.0~659.7 J/cm²之间时,电子温度量级为10⁴ K,等离子体电子温度、电子密度随激光能量密度增加而增加.     

长脉冲激光诱导单晶硅产生等离子体特性

针对毫秒脉冲激光诱导单晶硅产生等离子体演化规律,利用光学阴影成像法研究单晶硅燃烧波膨胀过程,分析不同时刻等离子体状态,采用双端口光谱仪分析等离子体光谱,计算等离子体的主要特征参数.结果表明:随着激光能量密度的增加,燃烧波膨胀距离和膨胀速度增大,径向膨胀速度小于轴向膨胀速度;等离子体主要在单晶硅表面附近加速最大;等离子体膨胀时,观察到长脉冲特有的喷溅现象;激光能量密度在337.0～659.7 J/cm²之间时,电子温度量级为10⁴K,等离子体电子温度、电子密度随激光能量密度增加而增加.     

脉冲激光沉积(PLD)原理及其应用

脉冲激光沉积薄膜是近年来发展起来的使用范围最广,最有希望的制膜技术.通过从激光与材料相互作用理论出发,分析了激光烧蚀材料等离子体羽辉的空间运动特征与成分分布,以LCMO为对象,对PLD系统脉冲激光沉积薄膜过程中薄膜质量与衬底温度、靶材-衬底距离、氧压、激光脉冲能量、激光频率等参数关系进行了实验研究,得出在单晶衬底上沉积LCMO薄膜的最佳实验参数.同时用XRD衍射谱和SEM分别对膜的成键情况和表面形貌作了分析,结果表明脉冲激光沉积(PLD)是一种很好的镀膜方法,所制备的膜质量较好.