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

论文摘要

本论文的工作包括四部分内容：一、极光二号、三号靶场系统建设；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；三、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，参与了极光三号靶场的建设，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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 激光聚变研究和“快点火”方案
• 1.1.1 传统的激光聚变研究
• 1.1.2 激光聚变的快点火方案
• 1.1.3 锥引导方案
• 1.2 超短超强激光与等离子体相互作用中高能粒子的产生
• 1.2.1 超热电子
• 1.2.2 高能质子和离子
• 1.2.3 中子产生和核反应
• 1.3 粒子加速
• 1.4 超快电磁辐射
• 1.4.1 相干 X射线和γ射线的产生
• 1.4.2 高次谐波和阿秒脉冲的产生
• 1.4.3 THz辐射的产生
• 1.5 激光在大气中长距离的传输
• 参考文献
• 第二章 极光三号靶场建设和光束自动稳定系统
• 2.1 引言
• 2.2 极光三号靶场建设
• 2.2.1 伺服调节系统
• 2.2.2 自准直系统
• 2.2.3 真空靶室
• 2.2.4 真空系统
• 2.2.5 XL-II靶场建设方面的完善工作
• 2.3 光束自动稳定系统（Laser pointing stabilixer system）
• 2.3.1 实施的方案和思路
• 2.3.2 硬件设备的准备
• 2.3.3 采集和控制软件
• 2.4 小结
• 参考文献
• 第三章 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
• 3.1 引言
• 3.2 实验装置介绍
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 激光入射角对表面超热电子发射的影响
• 3.3.2 激光聚焦功率密度对表面超热电子发射的影响
• 3.3.3 激光预脉冲对超热电子发射的影响
• 3.3.4 超热电子沿径向四个方向发射的研究
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 超热电子的靶后光学辐射诊断
• 4.1 引言
• 4.2 实验布局
• 4.3 实验结果和分析
• 4.3.1 靶后渡越辐射光谱测量结果
• 4.3.2 靶后渡越辐射图像测量结果
• 4.4 总结
• 参考文献
• 第五章 激光等离子体通道的时间分辨研究
• 5.1 引言
• 5.2 测量原理与方法
• 5.3 实验装置
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 等离子体通道的电离波前速度
• 5.4.2 等离子体通道的寿命
• 5.4.3 等离子体通道的长度
• 5.5 小结
• 参考文献
• 第六章 总结
• 已发表和待发表文章
• 致谢