Author Affiliations
Abstract
1 Graduate School, China Academy of Engineering Physics, Beijing100088, China
2 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing100094, China
3 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing100094, China
Experimental and simulation data [Moreau et al., Plasma Phys. Control. Fusion 62, 014013 (2019); Kaymak et al., Phys. Rev. Lett. 117, 035004 (2016)] indicate that self-generated magnetic fields play an important role in enhancing the flux and energy of relativistic electrons accelerated by ultra-intense laser pulse irradiation with nanostructured arrays. A fully relativistic analytical model for the generation of the magnetic field based on electron magneto-hydrodynamic description is presented here. The analytical model shows that this self-generated magnetic field originates in the nonparallel density gradient and fast electron current at the interfaces of a nanolayered target. A general formula for the self-generated magnetic field is found, which closely agrees with the simulation scaling over the relevant intensity range. The result is beneficial to the experimental designs for the interaction of the laser pulse with the nanostructured arrays to improve laser-to-electron energy coupling and the quality of forward hot electrons.
nanolayered target self-generated magnetic field ultra-intense laser pulse High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(2): 02000e16
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心 等离子体物理重点实验室, 四川 绵阳 621900
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。
超短超强激光 锥型靶 PIC模拟 真空激光加速 ultra-short ultra-intense laser pulse conical target PIC simulation vacuum laser acceleration 强激光与粒子束
2018, 30(9): 092002
新疆大学物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
利用理论分析和数值模拟方法,对超短超强激光脉冲与高密度等离子体相互作用中电磁不稳定和自生磁场空间分布的时间演化过程进行了研究。数值模拟结果表明:在线性超强激光的作用下,强激光照射等离子体薄靶时电子做无规则热运动,但由于等离子体临界面上激发的电磁不稳定性,电磁不稳定性随时间的增强和激光功率的逐渐深入到等离子体内部会导致强电流的形成,其结果使等离子体表面处产生自生磁场。对这些过程的细致研究对电磁不稳定性和自生磁场等过程有重要意义。
超强激光与等离子体相互作用 自生磁场 电磁不稳定性 粒子模拟 interaction of ultra-intense laser pulse with plas self generated magnetic field electromagnetic instability particle-in-cell method
华东师范大学 精密光谱科学与技术国家重点实验室, 上海 200062
为了克服激光加速中强流离子束空间电荷效应对粒子输运的影响, 提出一种利用两块不同密度的固体靶先后和一束强度约为1022 W/cm2、脉冲长度为5T(T为激光周期)的超强脉冲激光相互作用的方案, 实现了中性等离子体块的加速。通过一维PIC数值模拟研究发现, 在合适的参数下, 加速后的电子与质子几乎以相同的速度共同飞行长达60λ(λ为激光波长)的距离, 其中质子与电子的能量分别为GeV和100 MeV量级。
PIC模拟 强激光等离子体相互作用 等离子体块加速 强激光 PIC simulation laser-plasma interaction plasma block acceleration intense laser pulse 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032036
浙江大学 信息与电子工程学系, 杭州 310027
强激光脉冲在水中的自聚焦传输、成丝、击穿及击穿后产生的声波，近年来成为强激光脉冲传输应用研究领域的一个热点。强激光脉冲电离产生的空泡在溃灭过程中，对周围水体产生压缩，从而在水下产生声波。在现有理论基础上，考虑空泡含气量、水的粘滞系数和水的表面张力系数对空泡运动及其产生声波的影响。给出双空泡运动方程，分析空泡间距对空泡溃灭和其产生声压关系。根据实际情况，计算不同温度情况下单空泡和双空泡运动过程及其产生的声压，并进行相互比较。计算结果表明： 水温越高，空泡运动时达到的最小半径越小，空泡振荡周期和溃灭时间延长，产生声压越高。随双空泡间距减小，空泡溃灭时达到的最小半径线性减小，而其产生的最大声压则单调增大。
强激光脉冲 激光空泡 声压 单空泡 双空泡 intense laser pulse laser pulse induced bubbles sound pressure wave single bubble double bubbles 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2793
新疆大学 物理科学与技术学院, 乌鲁木齐 830046
为了理解超强激光与等离子体相互作用中产生的自生磁场形成机制和电子热传导特性,采用相对论电磁粒子模拟程序, 估算了不同激光功率密度下, 在等离子体表面所形成的电磁不稳定性产生的自生磁场大小和空间分布, 得到了超热电子和经典Spitzer-Harm理论描述的电子热流随激光功率密度的演化情形。结果表明,非Maxwell速度分布的等离子体,由于电子初始时刻的无规则热运动,在等离子体上激发电磁不稳定性, 而不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量, 同时对在激光有质动力推开电子时形成的超热电子能量输运产生抑制作用。这一研究结果对更好理解惯性约束核聚变“快点火”过程中自生磁场的产生、电子热传导等方面有帮助的。
激光物理 超强激光与等离子体相互作用 激光功率密度 电子热传导 数值模拟 抑制 laser physics interaction of ultra-intense laser pulse with plas laser power density electron thermal conduction numerical simulation restrain
采用单电子模型, 通过理论分析和计算机模拟, 研究了线偏振周期量级强激光脉冲作用下电子的相对论运动及其辐射的空间分布特性, 研究发现对周期量级的强激光脉冲, 其初始位相对电子的相对论运动及其辐射的空间分布特性影响非常显著。
初始位相 周期量级强激光脉冲 相对论运动 initial phase few-cycle intense laser pulse relativistic motion
1 国防科学技术大学,理学院,应用物理系,湖南,长沙,410073
2 中国科学院,上海光学精密机械研究所,上海,201800
对线极化、圆极化的超短超强激光脉冲与靶前有一段低密度预等离子体的固体靶的相互作用进行了理论和粒子模拟研究.激光通过有质动力加速机制加速预等离子体中的电子,研究了电子获得的最大能量随激光强度和预等离子体密度的变化.当激光脉冲与靶直接作用时,靶中的电子由于J×B机制而得到加速,所获得的能量比预等离子体中电子低.研究表明,在超短超强激光脉冲与固体靶相互作用中,预等离子体的存在有利于高能电子的产生.
超短超强激光脉冲 有质动力加速 预等离子体 高能电子 Ultra-short ultra-intense laser pulse Ponderomotive acceleration Pre-plasma High energy electron
中科院上海光学精密机械研究所强光光学开放实验室,上海 201800
通过建立涉及克尔效应和多光子电离效应的非线性数学模型，利用数值方法研究了超短激光脉冲在大气传播中的自聚焦行为。结果表明由自聚焦导致的成丝现象具有间断性，而不是一种稳态的模式。每次轴上的成丝都会由于光场损耗而减弱，但同时由于克尔效应会使离轴区域的能量间断地补充到光轴上。
自聚焦 克尔效应 多光子电离 超短强激光脉冲
中国科学院上海光学精密机械研究所强光光学开放研究实验室,上海 201800
利用软X射线大面积透射光栅谱仪,对超短强激光脉冲辐照下玻璃微毛细管靶的软X射线发射特性进行了研究。测得了不同的激光能量下、不同长度;3 mm、6 mm、9 mm 的微毛细管的软X射线发射谱,并观察到随着微毛细管长度的增加,X射线发射强度增强。
光场电离 微毛细管靶 超短强激光脉冲 大面积透射光栅谱仪 X射线发射谱
