Author Affiliations
Abstract
1 CAS Key Laboratory of Geospace Environment and Department of Engineering and Applied Physics, University of Science and Technology of China, Hefei230026, China
2 Science and Technology on Plasma Physics Laboratory, Laser Fusion Research Center, China Academy of Engineering Physics, Mianyang621900, China
3 CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science (CEULS), Shanghai200031, China
4 IFSA Collaborative Innovation Center, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai200240, China
In the laser plasma interaction of quantum electrodynamics (QED)-dominated regime, γ-rays are generated due to synchrotron radiation from high-energy electrons traveling in a strong background electromagnetic field. With the aid of 2D particle-in-cell code including QED physics, we investigate the preplasma effect on the γ-ray generation during the interaction between an ultraintense laser pulse and solid targets. We found that with the increasing preplasma scale length, the γ-ray emission is enhanced significantly and finally reaches a steady state. Meanwhile, the γ-ray beam becomes collimated. This shows that, in some cases, the preplasmas will be piled up acting as a plasma mirror in the underdense preplasma region, where the γ-rays are produced by the collision between the forward electrons and the reflected laser fields from the piled plasma. The piled plasma plays the same role as the usual reflection mirror made from a solid target. Thus, a single solid target with proper scale length preplasma can serve as a manufactural and robust γ-ray source.
gamma-ray plasma mirror preplasma High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(4): 04000e34
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
3 上海交通大学 IFSA协同创新中心, 上海, 200240
采用超短激光脉冲对一台四通道超高速分幅相机曝光过程进行时间扫描, 测定超高速分幅相机时间响应特性.通过对四个通道的同时测定, 给出最短曝光时间下相机所有通道的时间响应特性曲线.由此曲线得到相机各通道的实际曝光时间、开/关门时间、曝光过程中的响应变化以及四个通道不同的响应特性等诸多信息.通过对相机时间响应特性的测定, 考核相机的实际工作性能与工作状态, 并为实验数据解读提供参考.超短激光脉冲扫描法可以作为高速摄影类设备时间响应特性测定的标准方法.
超短脉冲 扫描方法 分幅相机 时间响应特性 动态诊断 Ultra-short pulse Scanning method Framing camera Time response characteristic Dynamic diagnosis 光子学报
2018, 47(10): 1011001
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Modern Physics & CAS Key Laboratory of Geospace Environment, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China
2 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
3 National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui 230026, China
Two transmission curved crystal spectrometers are designed to measure the hard x-ray emission in the laser fusion experiment of Compton radiography of implosion target on ShenGuang-III laser facility in China. Cylindrically curved -quartz (10–11) crystals with curvature radii of 150 and 300 mm are used to cover spectral ranges of 10–56 and 17–100 keV, respectively. The distance between the crystal and the x-ray source can be changed over a broad distance from 200 to 1500 mm. The optical design, including the integral reflectivity of the curved crystal, the sensitivity, and the spectral resolution of the spectrometers, is discussed. We also provide mechanic design details and experimental results using a Mo anode x-ray source. High-quality spectra were obtained. We confirmed that the spectral resolution can be improved by increasing the working distance, which is the distance between the recording medium and the Rowland circle.Foundation of China under Grant Nos. 11105147, 11375197 and 11175179.
curved crystal spectrometer curved crystal spectrometer hard x-ray hard x-ray laser fusion laser fusion High Power Laser Science and Engineering
2016, 4(1): 010000e2
1 四川大学 原子与分子物理研究所，成都 610065
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
3 内江师范学院 物理学与电子信息工程系，四川 内江 641112
利用LPIC++程序模拟了超短超强脉冲与稀薄等离子体相互作用产生的背向受激Raman谱。结果证明：在极端相对论条件下，背向受激Raman谱不再是通常所指的弱耦合模式，而进入强耦合模式。频谱加宽，并融合在一起；各谱峰之间的频移不再以等离子体波的频率为间隔，而是小于电子等离子体波的频率。模拟了各种条件下的背向散射Raman谱特性，结果显示：随着密度的提高，背向受激Raman谱的强度也将提高，这与理论结果符合得较好。
粒子模拟 超短超强激光 稀薄等离子体 背向受激Raman谱 强耦合模式 Particle simulation Ultrashort and ultrahigh intensity laser Stimulated Raman backscatter Strongly coupled mode
1 四川大学 物理科学与技术学院，四川 成都 610064
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
3 同济大学 玻耳固体研究所，上海 200092
4 四川大学 原子核科学与技术研究所，四川 成都 610064
在激光与物质相互作用的实验中，气体靶通常由超声速喷嘴在高背压下向真空中高速喷射气体产生。激光与气体靶相互作用时确定打靶条件对整个实验有着十分重要的意义。为了得到不同实验条件下气体靶密度的分布特性，采用马赫－曾德尔干涉法测量了气体靶密度分布，获取了干涉图样。使用基于傅里叶变换的条纹处理方法测得的干涉图样，得到不同实验条件下气体分子密度的全空间分布。实验表明：用M－Z干涉仪测量超声速气体喷嘴产生的气体靶密度分布十分有效。基于傅里叶变换的条纹处理方法具有精度高、实时性好的优点，为打靶时气体靶密度的实时测量提供了可能。
马赫－曾德尔干涉法 傅里叶变换 干涉条纹分析 气体靶密度 Abel反演 M-Z interferometry Fourier transformation fringe analysis gas target density Abel inversion
1 四川大学原子分子物理研究所,四川,成都,610065
2 中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
为了探索超热电子的加热机制,利用光学CCD相机和OMA光学多道分析仪,分别在靶背法线方向测量了光学渡越辐射(OTR)积分成像图案和光谱.实验在100 TW掺钛蓝宝石激光器上进行,飞秒激光与铜膜靶作用后,靶表面发光信号由空间分辨装置聚焦成像并引到CCD或OMA谱仪的狭缝上.测得的积分成像图案呈圆环状,光斑形成区域直径约为225 μm,在圆环边缘附近出现局部化明亮光信号,该现象表明,超热电子在传输的过程中存在成丝效应,其分布也不均匀.光谱在300～500 nm之间出现一系列非周期锐利尖峰,在400 nm(2ω0)附近出现的尖峰应归因于v×B加热机制产生的超热电子引起的相干渡越辐射(CTR).
光学渡越辐射 超热电子 成丝效应 v×B加热机制 想干渡越辐射 Optical transition radiation Hot electron Filament effect v×B acceleration mechanism Coherent transition radiation
1 中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
2 内江师范学院,物理系,四川,内江,641112
在激光能量130 mJ(靶面),脉宽60 fs,波长800 nm,对比度1∶10-6,激光与靶法线成45°夹角,P偏振,靶面激光峰值功率密度约为7.0×1017 W·cm-2,无预脉冲的条件下,采用电子谱仪与经γ标准源标定的LiF热释光探测器(TLD)相配合,测量了飞秒激光-薄膜靶相互作用中产生的超热电子能谱.根据所测的能谱,推算出超热电子的产额和激光能量转化为超热电子能量的效率,在靶法线方向分别为1.19×1010/sr和4.55%/sr,在激光反射方向分别为1.83×109/sr和0.76%/sr.结果显示,不同方向的超热电子产额和激光转化效率有所不同,原因在于激光-等离子体相互作用产生的超热电子构成各向异性的分布.
飞秒激光 薄膜靶 超热电子 能谱 产额 转化效率 Femtosecond laser Foil target Hot electron Energy spectrum Yield Conversion efficiency
1 中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳621900
2 四川大学,原子分子物理研究所,四川,成都,610065
介绍了利用3TW/60fs钛宝石超短超强激光与20μm铜薄膜靶相互作用的实验.实验观测到质子束的角分布随激光功率密度有所变化.在较高的功率密度(～1×1018W/cm2)时,观测到环状的质子束分布,发散角较大.在较低的激光功率密度(～2×1017W/cm2)时,质子束发散角减小,质子束出现成丝现象.质子束的角分布实际上反映了从靶前输运到靶背的超热电子电流横向分布.在输运过程中,由于Weibel不稳定性会使超热电子电流出现空心化并最后破裂成丝.
超短超强激光 质子加速 成丝 Ultra-short and ultra-intense laser Proton emission Filament
1 四川大学,原子分子物理研究所,四川,成都,610065
2 中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
利用OMA光学多道分析谱仪,分别在激光镜反方向和接近靶面法线方向测量了2倍频谐波的精细结构.在激光功率密度为5×1017W/cm2的条件下,通过散射光2倍频谐波谱的精细结构,回推出激光与等离子体相互作用中产生的自生磁场达100T量级.
自生磁场 OMA谱仪 2倍频谐波 飞秒激光等离子体 Spontaneous magnetic field OMA spectrometry 2 doubling harmonics Femtosecond laser-plasma
1 四川大学 原子分子物理研究所,四川,成都,610065
2 中国工程物理研究院,激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
3 内江师范学院 物理系,四川,内江,641112
4 四川大学,原子分子物理研究所,四川,成都,610065
用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验.采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布.测量结果显示:能量较高的电子发射的定向性好于能量较低的电子;能量较低的电子呈溅射状发射;能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰,其中,激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果,靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生,且理论预言与实验结果相吻合.
超短超强激光 等离子体 超热电子 角分布 加速机制 Ultra-short ultra-intense laser Plasma Hot electron Angular distribution Acceleration mechanism
