强激光与粒子束
2024, 36(1): 101004
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025011
1 张江实验室，上海 201210
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
3 上海科技大学，上海 201210
超强超短激光在空间上具有大口径、在时间上具有短脉冲，因此极易产生时空耦合效应，例如脉冲前沿畸变，使得脉冲前沿和相位前沿发生时空分离，通常表现为脉冲前沿倾斜或弯曲，不利于获得预期的高聚焦光强。但当这种脉冲前沿畸变（控制）用于产生X形光波包时，却增加了一维全新的自由度，实现了光波包群速度和群加速度的自由控制，可获得超光速、亚光速、加速、减速，甚至动态可控的群速度。通过综述脉冲前沿畸变（控制）在超强超短激光中的不良影响和在X形光波包中的特殊效果，旨在为同一光学现象在不同研究方向间的交叉应用提供些许思考。
时空耦合 脉冲前沿 相位前沿 X形光波包 群速度 群加速度 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500001
Author Affiliations
Abstract
1 Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg, Germany
2 Department of Physics, University of Gothenburg, Göteborg, Sweden
The impact of radiation reaction and Breit–Wheeler pair production on the acceleration of fully ionized carbon ions driven by an intense linearly polarized laser pulse has been investigated in the ultra-relativistic transparency regime. Against initial expectations, the radiation reaction and pair production at ultra-high laser intensities are found to enhance the energy gained by the ions. The electrons lose most of their transverse momentum, and the additionally produced pair plasma of Breit–Wheeler electrons and positrons co-streams in the forward direction as opposed to the existing electrons streaming at an angle above zero degree. We discuss how these observations could be explained by the changes in the phase velocity of the Buneman instability, which is known to aid ion acceleration in the breakout afterburner regime, by tapping the free energy in the relative electron and ion streams. We present evidence that these non-classical effects can further improve the highest carbon ion energies in this transparency regime.
ion acceleration quantum electrodynamic effects High Power Laser Science and Engineering
2024, 12(1): 010000e7
中国工程物理研究院激光聚变研究中心等离子体物理全国重点实验室，四川 绵阳 621900
短脉冲强激光驱动中子源具有微焦点、短脉宽、高注量率的特点，在创新研究和应用方面显示出独特潜力，得到了广泛关注。简要回顾了激光中子源的发展历史和现状，特别是超短脉冲激光驱动束靶中子源的最新研究进展。首先，介绍了激光中子源束流品质提升方面的研究工作。其中，产额提升是激光中子源研究以及实现相关应用的首要问题。当前的研究主要通过反应通道选择、离子加速优化等技术途径来实现激光中子源产额的提升。除了产额提升之外，人们还格外关注激光中子源的方向性提升，提出了削裂反应、逆反应动力学等新方案。其次，介绍了激光中子源参数的诊断方法与现状。通过对激光中子源能谱、角分布、脉宽和源尺寸等参数的精密表征，人们对激光中子源的特性有了更全面的了解，这有力支撑了其应用。最后，回顾了激光中子源目前已开展的应用演示实验。激光中子源适用于部分与传统中子源类似的应用场景，同时基于激光中子源超短脉冲、超高通量等新特性有望拓展出新的独特应用。
激光光学 激光离子加速 激光中子源 超短脉冲激光
1 上海师范大学物理系，上海 200234
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室，上海 201800
受益于超短超强激光技术的持续迅猛发展，飞秒强激光为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件，使激光物质相互作用进入到一个极端非线性的强场超快新范畴，催生了大量新原理、新现象，推动了技术变革。飞秒强激光驱动的等离子体尾波场加速原理是一种具有超高加速梯度的粒子加速新原理，该技术的加速梯度可达100 GV/m，相比于传统射频加速器提高了3个数量级以上，可在厘米量级的加速长度内获得GeV量级的高品质高能电子束，极大地降低了加速器的成本，为发展新一代粒子加速技术和新型超快辐射源提供了新机遇和新途径。从飞秒强激光驱动等离子体尾波场中的电子注入、能量啁啾控制和高品质电子束产生以及基于高品质电子束的betatron X射线辐射、高能伽马射线和小型化自由电子激光这几个方面介绍了激光等离子体尾波场电子加速的若干主要研究进展，并对未来进行了展望。
1 郑州科技学院 信息工程学院，河南 郑州 450064
2 河南大学 计算机与信息工程学院
3 中共开封市委党校，河南 开封 475001
4 河南大学 河南省大数据分析与处理重点实验室
5 河南大学 河南省智能技术与应用工程技术研究中心，河南 开封 475004
针对多模式合成孔径雷达(SAR)成像处理中存在的计算效率不足问题，提出了一种基于GPU的多模式SAR统一成像并行加速方法。为充分利用GPU 的显存资源，提高算法的运算效率，利用共享内存对矩阵转置、矩阵相乘等部分进行大规模数据并行计算。实验结果表明，该算法大幅度提升了多模式SAR 成像的计算效率，最高加速比达到55.62，解决了GPU 显存空间利用率较低的问题。
合成孔径雷达 图形处理器 多模式 并行加速 Synthetic Aperture Radar Graphic Processing Unit multi-mode parallel acceleration 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(8): 1037
由于射线跟踪所需时间随着反射次数增加而迅速增加，反射次数的上限值对于室内射线跟踪的精确度和效率至关重要。因此，本文开展了一个基于统计分析室内场景数据的射线跟踪收敛性研究。通过统计场景中的分布特征，分析射线跟踪不同反射路径的概率，研究接收功率关于射线跟踪最大允许反射次数的收敛关系，得出最优的反射次数上限值，实现优化室内射线跟踪的效率和精确度。将本文模型收敛性与射线跟踪仿真结果的收敛性参数进行对比，在同样计算精确度下，本文模型的收敛结果与射线跟踪仿真收敛结果一致，验证了本文模型的准确性。
射线跟踪 室内场景 收敛分析 射线跟踪加速 Ray Tracing indoor scenario convergence analysis acceleration 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(8): 992
激光诱导击穿光谱技术目前已用于国内大科学装置EAST托卡马克壁诊断。 在真空环境下， 如何提升LIBS定量分析准确性是其进一步发展的瓶颈问题之一。 在真空中， 激光诱导等离子体具有高度时空非均匀性， 对等离子体时空演化行为的研究， 理解各个物种的演化规律， 是进一步改进LIBS定量分析准确性的重要内容。 针对托卡马克第一壁和偏滤器的材料相关的不同元素， 该工作在真空环境下利用波长为1 064 nm、 脉宽5 ns、 功率密度6.3 GW·cm-2的脉冲激光对三元合金-碳化钨铜((WC)70Cu30)进行烧蚀产生多组分等离子体， 使用线性阵列光纤实现了对发射光谱的时空分辨测量。 以三种元素C Ⅰ 833.51 nm， C Ⅱ 657.81 nm， Cu Ⅰ 515.32 nm， Cu Ⅱ 512.45 nm， W Ⅰ 429.46 nm， W Ⅱ 434.81 nm六条谱线为研究对象， 研究了激光烧蚀等离子体不同辐射机制的时间尺度以及多组分等离子体在扩张过程中发生的元素“空间分离”现象和“离子加速”现象。 根据连续背景和六条谱线的时间演化规律， 观察到连续辐射主要发生在等离子体膨胀早期80 ns内， 离子谱线在30～300 ns， 原子谱线在100～1 000 ns。 空间分辨实验研究发现， C、 Cu、 W元素对应原子及离子的空间分布均有所不同， 即真空中激光烧蚀多组分等离子体在扩张过程中发生了元素“空间分离”现象。 将六条谱线的峰值位置和时间进行线性拟合， 获得了对应物种的扩张速度， 其速度范围在4.2～34.9 km·s-1。 结果表明， 相对原子质量越小， 对应粒子的速度越快（C Ⅰ>Cu Ⅰ>W Ⅰ， C Ⅱ>Cu Ⅱ>W Ⅱ）; 对应元素的离子速度大于其原子速度（C Ⅱ>C Ⅰ, Cu Ⅱ>Cu Ⅰ, W Ⅱ>W Ⅰ）。 利用元素“质量分离效应”和“瞬态鞘层加速”的物理机制， 对激光等离子体元素“空间分离”以及“离子加速”现象进行了讨论和解释。 该研究结果为LIBS理论模型建立提供了重要的实验数据参考， 也为提高真空LIBS定量分析准确性提供了新思路。
激光诱导击穿光谱 碳化钨铜 多组分等离子体 时空演化 质量分离效应 离子加速 Laser-induced breakdown spectroscopy Copper tungsten carbide alloy Multicomponent plasma Temporal-spatial evolution Mass separation effect Ion acceleration 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1394
Author Affiliations
Abstract
1 SANKEN (Institute of Scientific and Industrial Research), Osaka University, Ibaraki, Osaka, Japan
2 Kansai Institute for Photon Science (KPSI), National Institutes for Quantum Science and Technology (QST), Kizugawa-city, Kyoto, Japan
3 RIKEN SPring-8 Center, Sayo, Hyogo, Japan
Supersonic gas jets generated via a conical nozzle are widely applied in the laser wakefield acceleration of electrons. The stability of the gas jet is critical to the electron injection and the reproducibility of the wakefield acceleration. Here we discussed the role of the stilling chamber in a modified converging–diverging nozzle to dissipate the turbulence and to stabilize the gas jets. By the fluid dynamics simulations and the Mach–Zehnder interferometer measurements, the instability originating from the nonlinear turbulence is studied and the mechanism to suppress the instability is proposed. Both the numerical and experimental results prove that the carefully designed nozzle with a stilling chamber is able to reduce the perturbation by more than 10% compared with a simple-conical nozzle.
shock injection hydrodynamic stability laser wakefield acceleration laser–plasma interaction High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(6): 06000e91
