超短超强激光

摘要： 脉冲X射线能谱测量,对于强激光装置中的物理诊断以及辐射防护具有重要意义。脉冲X射线具有脉冲时间短、注量大、能谱范围宽等特点,常规脉冲测量技术往往受到探测器死时间、堆积效应的限制而无法适用。目前多个国家都建立了强激光装置的研究平台,并开展X射线能谱测量相关研究。本文首先介绍了基于吸收法原理且适用于中低能脉冲X射线的测量方法:Ross Pair法和衰减法。然后针对这两种方法从5个方面(探测器结构、滤片材料、探测介质选择、散射控制以及解谱方法)综述了脉冲X射线吸收谱仪的研究进展,并分析了各自的适用性。目前激光装置中脉冲X射线能谱的测量还面临着能量分辨率不理想、结果不确定度无法量化和被动式能谱测量操作不便等问题。随着激光装置的不断升级,脉冲X射线注量以及打靶频次将不断增加,对探测器的耐辐照性能以及响应速度提出了更高的要求。

摘要： 利用PIC与蒙特卡罗模拟方法对XG-Ⅲ装置在ps激光束线驱动的X射线源和中子源等多种工作模式下进行了剂量学评估,使用PIC模拟确定了高能电子源项后,将其作为蒙特卡罗软件FLUKA的输入数据,通过模拟计算得到了不同靶材在实验结束后不同时刻的感生放射性核素活度及在靶周围所致的剂量.模拟结果表明,对于激光驱动的轫致辐射X射线源,在每次打靶完成并冷却10 min后,在距靶表面1 cm处的感生放射性剂量率约为4mSv/h,而在距靶表面30cm处的感生放射性剂量率则已降低到15 μSv/h.对于激光驱动的光核反应产生的光中子源,冷却10 min后在距靶表面1 cm处的感生放射性剂量率小于10 μSv/h.除了靶的材料,靶厚度也会对靶周围的感生放射性剂量率变化情况产生影响,因此有必要在不同的照射环境下,针对不同的靶材及靶厚采取不同的辐射防护方案.本文研究结果可为超短超强激光设施的辐射风险分析及辐射防护工作提供相关参考.

摘要： 本文给出了利用汤姆逊(Thomson)离子谱仪测量超短超强激光与等离子体相互作用中产生的高能质子能谱的一种方法.该方法是利用Thomson离子谱仪(平均磁场强度为0.167 T,电场加高压为3000 V,电场强度约为0.429 MV/m)和固体核径迹探测器CR39相结合,在固体靶背表面测量了激光的高能质子能谱.结果显示:质子沿着靶背法线方向发射,质子在一定能量处出现截止,截止能量与靶厚度和靶材料密切相关.分析认为,靶法线鞘层加速(TNSA)机制是质子能谱分布及能量截止的主要原因.

摘要： 靶室腔体谐振产生的电磁辐射是超短超强激光与靶相互作用实验中生成的电磁脉冲(EMP)来源之一.基于有限元分析方法,对靶室腔谐振产生电磁脉冲和电磁脉冲通过窗口向外传播这两个过程进行仿真模拟.前者模拟获得空腔和含结构模型谐振时特征磁场,结果显示内部结构对电磁场强度分布和谐振频率有显著影响;后者模拟结果显示,窗口外侧电场强度比窗口内侧高约40％,而且电磁脉冲传播到靶室外后呈球面波形式扩散并衰减.对电磁脉冲的强度衰减规律进行了分析,得到该衰减曲线的拟合函数.

摘要： 真空激光加速机制具有加速场梯度大、加速电子电量高的优点,目前制约真空加速机制研究发展的主要问题是如何产生具有一定初速度的电子并将其注入加速场.提出了一种利用强激光与锥型靶相互作用产生高能电子并实现真空加速的新方法,利用二维PIC(Particle-in-cell)粒子模拟程序对这一方法进行了研究.模拟结果显示,对于光强为1021 W/cm2量级的高斯激光脉冲,产生了能量为GeV量级、发散角约为1°的强流快电子束.此外还通过理论解析和参数模拟研究了靶半径对这种超热电子加速机制的影响.

摘要： 针对当前大部分超短超强激光实验中真空光路调控效率低、操作方式繁琐等缺点,设计了一种基于LabVIEW软件开发平台的集成化实验光路调节系统来实现对光路高效便捷的调控.该系统由光斑位置采集单元、光斑位置调节单元和计算机等三部分构成,其设计思路是利用激光光斑映射在CCD上的空间位置,实现光路指向定位的反馈,根据反馈信息设计人机交互界面实现光路指向的调控.该系统成功实现多线程并行运行,并将不同型号不同通讯方式的多个位移台控制器集成于同一界面控制.实验证明,与常用的手动调节系统相比,该系统对实验光路的调控更方便快捷,调节效率更高.%For the purpose of overcoming the disadvantages, such as low adjusting efficiency and complicated operating procedures, in most of current ultra-short and ultra-high-intensity laser experiments, an integrated and simple system for laser path adjusting was designed based on LabVIEW software.This system was consisted of three modules, which were named as laser spot acquiring module, laser path position adjusting module and industry computer respectively.In this system, the pointing of laser path was decided by the position of laser incident on CCD camera, and the adjusting of light path in vacuum was accomplished by a person-machine interface.Meanwhile, simultaneous multi-route running has been achieved in this system, and moving stage controllers of different models or communication styles have been integrated in the same interface.Experiments show that this system could be a better choice for more convenient adjusting of laser path and higher efficiency of ultra-short and ultra-high-intensity laser experiments.

摘要： 高亮度X光源由于其在材料、生物研究等方面的广泛应用，一直是国际相关科研领域追求的目标。韧制辐射、同步辐射光源、X射线自由电子激光（XFEL）等都可以产生高亮度X光源。超短超强激光通过不同相互作用机制，可在从THz到伽马射线的各个频段产生高亮度超短电磁辐射源。

摘要： 超短超强激光驱动等离子体，可获得电子能量高达1GeV、质子能量高达60MeV的高性能粒子束，从而在高能加速器、聚变物理、短脉冲高亮度X光源产生、实现小型化自由电子激光等领域都有重大的应用价值。该研究主要研究利用超短超强激光在等离子体中形成稳定的特殊三维尾波结构，即空泡，实现单能电子加速。采用两种控制电子注入的方法，即两束激光对打和纳米细丝扰动，来提高电子加速的稳定性，并控制高能电子的数量和能量。该研究还将通过改变激光传输方向的等离子体密度，来改变空泡中纵向加速静电场的梯度，从而抵消高能电子束本身电荷分离场的梯度，以提高电子束的性能；还将研究高能电子束的细致结构，并考虑其可能的重大应用。该研究将利用靶后鞘层加速实现质子加速，并将利用多层靶来提高加速效率，利用微结构靶获得准单能质子束，同时研究获得高性能高能离子束的其他有效途径。%Laser-driven wakefield acceleration (LWFA) of electrons and target normal sheath acceleration (TNSA) of ions have made remarkable progress in the last decade. Electrons and protons with energy about 2 GeV and near 100MeV have been obtained respectively. However, there are still several serious problems about this novel accelerating approach: the total charge of a typical energetic electron beam from LWFA is only at the pC level; proton energy in TNSA is still quite low; the accelerating efficiency is relatively low, less than 10%. These parameters are still quite far from applicable and severely limit the realization of laser acceleration technique. This project then aims to break through the above restrictions and motivate multi-applications of laser-electron/ion acceleration. For LWFA, intense laser pulses will be employed to produce 30 nC energetic electron beams. Furthermore, the high-charge electron beam will impinge on gold target to generate positron source. For TNSA, based on the former results, where 7MeV protons have been obtained, the project will use improved target structures and multi-stage acceleration to improve the proton/ion energy and accelerating efficiency. The possibility of energetic protons/ions from TNSA driving fast-ignition fusion will also be discussed. On the other hand, the project will perform theoretical researches to explore new novel accelerating schemes and applications, such as using lasers with high electro-optic efficiency, e.g. CO2 lasers, accelerating electrons and protons to drive fast-ignition fusion, multi-stage laser pressure acceleration of ions, proton beam driven wakefield acceleration of protons and using laser-accelerated electrons to produce X/γ ray sources.

摘要： 等离子体中的背向拉曼散射机理可以用来产生超短超强的激光脉冲。本文采用粒子模拟方法模拟研究了等离子体密度对激光拉曼放大过程的影响。研究发现,过低的等离子体密度会导致等离子体波提前波破而降低能量转换效率；而过高的等离子体密度又会导致其他不稳定性的快速增长,限制作用距离和输出能量。因此,拉曼放大机理的最佳等离子体密度应处于等离子体波破的密度阈值附近,可以获得最高的能量转换效率和能量输出。另外,空间频谱分析显示放大激光的强度饱和主要来自于自相位调制不稳定性的发展。利用1013 W·cm−2的抽运激光脉冲,模拟证实拉曼放大机理可有效地将种子激光的强度从1013 W·cm−2放大到1017 W·cm−2,脉宽压缩到40 fs,且能量转换效率达到58%。%Backward Raman amplification (BRA) in plasma can be used for generating ultra-powerful laser pulses. In this paper, the plasma density effect on backward Raman laser amplification is studied by using particle-in-cell method. It is found that using a low plasma density can lead to the premature Langmuir wave breaking and thus result in a small energy-transfer efficiency. On the other hand, using a high plasma density will enhance the developments of unwanted instabilities, which rapidly disturb the Raman amplification, thus limiting the interaction length and output power. Therefore, an optimal plasma density for BRA is near the threshold of Langmuir wave breaking in order to achieve both high efficiency and large energy flux. The space frequency spectrum analysis shows that the saturated intensity of amplified pulses is limited mainly by the self-phase modulation instability. By using a 1013 W·cm−2 pump pulse, our simulation results show that the initial 1013 W·cm−2 seed pulse can be well be well amplified into a pulse with an energy power of 1017 W·cm−2, a duration of 40 fs, and and an energy conversion efficiency of up to 58%.

摘要： 复旦大学光学学科历经60余年的发展,在激光与光谱技术的应用领域取得了许多重要的成果,自20世纪50年代研制成功我国第一个医用X射线光管到如今各类先进光谱仪器、激光器件和国防应用特种设备的开发凝聚了几代教师的汗水与智慧.本文将简要介绍复旦大学光学与光学工程学科的发展历史,并着重介绍近年来复旦大学光科学与工程系在先进光谱学分析测试技术、超短超强激光检测技术,以及超精密光学制造与检测研究领域中取得的进展与应用成果.

摘要： 近二十年，功率密度为1018W/cm2或更高的超短超强激光与物质相互作用产生高质量的离子束团成为国际研究的热点与难点。本文试图从各种加速机制相互耦合的角度探求最高能量质子的可能来源。

摘要： 利用超短超强激光驱动低Z元素内壳层光电离X射线激光的近似解析模型,在理论上定量地分析了介质浓度、X射线抽运速率及俄歇衰变对内壳层光电离X射线激光增益的影响,分析了产生内壳层光电离X射线激光所需的激光条件和最佳参数的选取.利用流体动力学模型模拟了超短超强激光与团簇相互作用过程中高电荷态离子产生的物理机制,分析了团簇尺寸对激光与团簇相互作用过程中离子的电荷态的影响,探索利用超短超强激光与团簇相互作用实现X射线激光的途径.

摘要： 超短超强激光打靶产生的超热电子与固体靶相互作用时会产生轫致辐射X射线。利用蒙特卡罗方法，对电子在固体靶中的传输产生轫致辐射X射线进行了模拟。模拟了1MeV电子束与固体靶作用产生的轫致辐射谱，结果表明，轫致辐射谱高能段斜率受靶厚度及靶材料的影响不明显。麦克斯韦分布的电子束及单能电子束与30μm铜靶作用的模拟结果显示，两种电子源产生的轫致辐射谱在电子束能量或温度较高时基本一致。给出了一种利用轫致辐射谱斜率反推超热电子温度的定标方法。模拟了不同温度下超热电子产生的轫致辐射光子的能量角分布及光子数角分布，结果显示辐射光子能量通量和光子数随着电子温度的提高越来越向前倾，并给出了另外一种由轫致辐射能量角分布反推超热电子温度的定标关系。

摘要： 本申请公开了一种激光等离子体光学装置，包括激光系统、真空靶室、气体靶产生装置和聚焦元件。其中，激光系统用于输出驱动光脉冲和信号光脉冲；所述气体靶产生装置用于产生气体，并通过毛细管高压放电电离(或激光皮秒预脉冲烧蚀)气体形成所需要的等离子体通道靶；在通过聚焦元件将驱动光脉冲聚焦到产生的等离子体通道靶上，从而产生密度调制的等离子体尾波；并且在延迟预定时间T后，再通过聚焦元件将信号光脉冲聚焦到等离子体尾波的第二个等离子体密度空泡的前沿区域，从而使得信号光脉冲的频率发生红移，产生超强近单周期中红外脉冲，该中红外脉冲是目前传统光学装置无法达到的，对基础科学研究、医学和工业应用等具有潜在的广泛应用价值。

摘要： 一种超强超短激光脉冲远场脉宽的单发测量装置和测量方法，装置包括：沿待测超强超短激光脉冲入射方向依次放置的凹面镜、凸面镜、柱面镜、第一反射镜、延迟线、第二反射镜、二阶自相关仪和示波器。待测超强超短激光脉冲首先被由凹面镜和凸面镜组成的缩束系统缩束，缩束后的光束再被柱面镜在竖直方向上一维聚焦，聚焦光束分别通过第一反射镜、延迟线、第二反射镜，最后垂直射入二阶自相关仪，然后通过调节延迟线的高精度平移台使得聚焦光束的一维焦线正好落于二阶自相关仪的倍频晶体上，最后通过示波器获得待测脉冲的远场脉宽。本发明首次实现了高峰值功率激光系统输出超强超短激光脉冲远场脉宽的单发直接测量，具有调节方便、灵活高效和实用性强的特点。

摘要： 本发明提供了用于测量超强超短激光预脉冲的方法和系统。所述方法包括：步骤1：将入射激光分成两束，分别作为泵浦光和探针光；步骤2：利用时间延迟可调的探针光来探测由泵浦光经聚焦后在透明介质中成丝而产生的等离子体通道；以及步骤3：接收经等离子体通道之后的探针光以监测所述等离子体通道。所述系统包括：分束器，其用于将入射激光分成两束，分别作为泵浦光和探针光；聚焦器件，其用于使泵浦光聚焦以在透明介质中产生等离子体通道；光路延迟装置，其用于在探针光到达泵浦光形成等离子体通道区域之前调节探针光相对于泵浦光的时间延迟；以及摄像装置，其用于接收经等离子体通道之后的探针光以监测所述等离子体通道。

摘要： 一种超强超短激光脉冲超连续谱的调控装置及其调控方法，利用一束激光G(t)经过可变衰减片和一个时间延迟线后，与经过可移动反射镜的另一束激光G(f)平行入射到一个凹面镜上，G(t)与G(f)经凹面镜反射后交叉聚焦。在激光成丝所产生的等离子体通道内，由于双光束干涉而形成一个空间等离子体光栅，利用该等离子体光栅能够增强成丝过程中所产生的超连续谱，并且可以实现超连续谱能量在两束激光之间的控制与转移。本发明装置和方法可以在超强激光场中对超短脉冲的光谱主动操控，且所涉及的光路结构简单，调节方便。

摘要： 本申请公开了一种激光等离子体光学装置，包括激光系统、真空靶室、气体靶产生装置和聚焦元件。其中，激光系统用于输出驱动光脉冲和信号光脉冲；所述气体靶产生装置用于产生气体，并通过毛细管高压放电电离(或激光皮秒预脉冲烧蚀)气体形成所需要的等离子体通道靶；在通过聚焦元件将驱动光脉冲聚焦到产生的等离子体通道靶上，从而产生密度调制的等离子体尾波；并且在延迟预定时间T后，再通过聚焦元件将信号光脉冲聚焦到等离子体尾波的第二个等离子体密度空泡的前沿区域，从而使得信号光脉冲的频率发生红移，产生超强近单周期中红外脉冲，该中红外脉冲是目前传统光学装置无法达到的，对基础科学研究、医学和工业应用等具有潜在的广泛应用价值。

摘要： 一种超强超短激光脉冲远场脉宽的单发测量装置和测量方法，装置包括：沿待测超强超短激光脉冲入射方向依次放置的凹面镜、凸面镜、柱面镜、第一反射镜、延迟线、第二反射镜、二阶自相关仪和示波器。待测超强超短激光脉冲首先被由凹面镜和凸面镜组成的缩束系统缩束，缩束后的光束再被柱面镜在竖直方向上一维聚焦，聚焦光束分别通过第一反射镜、延迟线、第二反射镜，最后垂直射入二阶自相关仪，然后通过调节延迟线的高精度平移台使得聚焦光束的一维焦线正好落于二阶自相关仪的倍频晶体上，最后通过示波器获得待测脉冲的远场脉宽。本发明首次实现了高峰值功率激光系统输出超强超短激光脉冲远场脉宽的单发直接测量，具有调节方便、灵活高效和实用性强的特点。

摘要： 本发明提供了用于测量超强超短激光预脉冲的方法和系统。所述方法包括：步骤1：将入射激光分成两束，分别作为泵浦光和探针光；步骤2：利用时间延迟可调的探针光来探测由泵浦光经聚焦后在透明介质中成丝而产生的等离子体通道；以及步骤3：接收经等离子体通道之后的探针光以监测所述等离子体通道。所述系统包括：分束器，其用于将入射激光分成两束，分别作为泵浦光和探针光；聚焦器件，其用于使泵浦光聚焦以在透明介质中产生等离子体通道；光路延迟装置，其用于在探针光到达泵浦光形成等离子体通道区域之前调节探针光相对于泵浦光的时间延迟；以及摄像装置，其用于接收经等离子体通道之后的探针光以监测所述等离子体通道。

摘要： 本实用新型涉及一种用于超强超短激光实验装置的电能质量综合治理装置，与激光实验装置的激光加速器串联，包括箱体和设于箱体中的主电路和控制器，主电路和控制器连接，且主电路的一端连接至激光实验装置，治理装置还包括储能电源，储能电源与主电路连接。与现有技术相比，本实用新型通过配置储能电源，可以尽可能减少补偿装置对系统的依赖，减小对于供电线路的冲击。

摘要： 本实用新型提供一种用于超强超短激光实验装置振动在线监测的光纤检波器系统。该系统包括计算机、信号解调端机和安装在超强超短激光实验装置的光学平台上或者其它待监测设备上的至少一组干涉型光纤检波器组，所述干涉型光纤检波器组包含至少一个传感单元，每个传感单元的光路结构采用光纤非平衡迈克尔逊干涉仪；至少一组干涉型光纤检波器组通过光纤光缆与信号解调端机连接，信号解调端机与计算机连接。本实用新型采用干涉型光纤检波器进行监测，具有测量精度高、带宽宽、多路复用简单、抗电磁干扰等特征，可以长期在线监测超强超短激光实验装置的振动状态，提供有效的状态分析数据。

摘要： 本发明公开了一种超短超强激光脉冲参数测量方法及装置，本发明获取超短超强激光与电子对撞后的辐射强度变化数据，通过与预设数据库中的数据进行相似度比对，反探测超短超强激光脉冲的参数，简单且精确。