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Abstract
1 Intense Laser Irradiation Laboratory (ILIL), Istituto Nazionale di Ottica – Consiglio Nazionale delle Ricerche (INO-CNR), Sede Secondaria di Pisa, Via Moruzzi, 1, 56124 Pisa, Italy
2 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Pisa, Largo Bruno Pontecorvo, 3, 56127 Pisa, Italy
Implementation of laser-plasma-based acceleration stages in user-oriented facilities requires the definition and deployment of appropriate diagnostic methodologies to monitor and control the acceleration process. An overview is given here of optical diagnostics for density measurement in laser-plasma acceleration stages, with emphasis on well-established and easily implemented approaches. Diagnostics for both neutral gas and free-electron number density are considered, highlighting real-time measurement capabilities. Optical interferometry, in its various configurations, from standard two-arm to more advanced common-path designs, is discussed, along with spectroscopic techniques such as Stark broadening and Raman scattering. A critical analysis of the diagnostics presented is given concerning their implementation in laser-plasma acceleration stages for the production of high-quality GeV electron bunches.
gas target interferometry laser-plasma laser wake-field acceleration Raman scattering Stark broadening High Power Laser Science and Engineering
2019, 7(2): 02000e26
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 中科院超快诊断技术重点实验室, 西安 710119
2 空军工程大学 理学院, 西安 710051
3 中国科学院 西安光学精密机械研究所, 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 西安 710119
为提高强激光场与惰性气体靶作用产生的孤立阿秒激光脉冲的能量, 给出了一种实现高次谐波过程中最佳谐波相位匹配的定量实验方法。研究了气体靶源与高斯型驱动激光场聚焦点相对空间位置对谐波相位匹配及谐波产率的影响, 得出了其最佳相位匹配位置始终位于驱动激光场聚焦点后3～5 mm, 而在聚焦点之前的位置区域, 严重的高次谐波相位失配导致谐波产率非常低。同时, 在最佳相位匹配条件下, 高次谐波场与驱动场具有相类似的空间强度分布特性, 该结果印证了目前通常采用的高次谐波场为高斯光束的假设。
极端非线性光学 高次谐波产生 相位匹配 孤立阿秒脉冲 气体靶 extreme nonlinear optics high-order harmonic generation phase matching isolated attosecond pulse gas target 强激光与粒子束
2018, 30(10): 101001
1 中国科学院等离子体物理研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
中性束注入是等离子体加热和电流驱动的最有效方法之一。 中性束注入的三个基本过程为: 离子束的产生, 离子束的中性化和中性束的传输, 其中, 离子束的中性化是关键环节之一。 对于EAST-NBI气体中性化室而言, 中性化室内气体靶厚度会直接影响离子束的中性化效率, 而且还会进一步影响到中性束的传输效率。 基于多普勒频移效应, 提出了一种新的诊断气体靶厚度的方法, 并且已经被应用于EASTNBI测试平台上。 该方法主要是基于中性束的束成分随气体靶厚度的演化过程, 利用中性束发射Dα光谱线强度完成计算。 因此, 它被应用于中国科学院等离子体物理研究所EASTNBI装置上。 在中性化室出口处的观测窗口上进行测量, 在束能量为40~65 keV时, 气体靶厚度值为(0.16~0.22)×1016 cm-2, 随着引出束流的变化, 气体靶厚度随之改变。 根据质量守恒定律, 对中性化室内的气体靶厚度进行一个粗略的估算, 估算的结果与测量的结果基本保持一致, 从而证明了该诊断方法的合理性。 综上, 实验结果表明, 该种基于多普勒频移效应的光谱诊断法可以被用于测量中性化室内的气体靶厚度。
多普勒频移效应 中性束注入 气体靶厚度 Doppler shift effect Neutral beam injection Gas target thickness 光谱学与光谱分析
2018, 38(6): 1987
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所, 上海 201800
在拍瓦级飞秒激光装置上完成了两轮激光驱动甲烷气体靶的实验, 用产生的X光源配合SCCD(转换屏+CCD相机)对小型金属器件背光成像, 采用经验公式和PIC数值模拟方法分别预估了超热电子温度, 得到X光能量分别为377 keV和130 keV, 据此两轮实验分别选择1.3 mm和0.8 mm厚度的轫致辐射体。分析比较了两轮实验背光成像质量。通过对次轮实验图像中铝、铜金属台阶灰度值曲线的分析求得X光的能量分别为49 keV和92 keV, 这表明采用PIC数值模拟方法得到的X光能量更加符合实验结果。
飞秒激光 气体靶 团簇 X光 超热电子 能谱 femtosecond laser gas target cluster X-ray hot electrons energy spectrum 强激光与粒子束
2012, 24(11): 2651
中国科学技术大学 近代物理系, 中国科学院 基础等离子体物理重点实验室, 合肥 230026
利用流体力学计算软件对两种结构气体靶进行了数值模拟和分析。对于充气型毛细管气体靶，在充气达到稳定状态后，形成稳定的层流。气体密度的空间分布均匀，两进气口之间的密度不均匀性仅约1%。毛细管的结构参数如进气口的位置和宽度对气体密度分布的边缘有较大影响，但是对管内气体密度分布影响很小。采用锥形喷气靶可使气体密度分布的边缘更陡些，但是这种靶的超声流动可出现湍流，导致不稳定的气体流动以及更不均匀的气体密度分布。
气体靶 流体力学模拟 气体密度分布 均匀性 gas target fluid-dynamics simulation gas-density distribution uniformity 强激光与粒子束
2011, 23(10): 2687
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
哈尔滨工业大学光电子技术研究所,可调谐激光技术国家级重点实验室,哈尔滨,150001
报道了120 fs/795 nm的Ti∶sapphire飞秒激光在静态气体靶室中利用稀有气体氩作为非线性介质的高次谐波辐射,在静态靶室中获得高次谐波辐射,较常用的气体喷嘴具有结构简单,实验容易操作等优点,实验中在42 mJ和7.5 mJ线偏振激光驱动下观察了谐波辐射谱随气压变化情况.
Ti∶sapphire飞秒激光 静态气体靶室 氩的高次谐波辐射 Ti∶sapphire femtosecond laser Static gas target High-order harmonic generation in Ar
