【摘要】：自從1960年世界上第一臺激光器面世以來,激光技術(shù)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展,比如從上世紀60年代的調(diào)Q和鎖模技術(shù)發(fā)展到80年代的啁啾脈沖放大技術(shù),再到90年代的光學(xué)參量啁啾脈沖放大技術(shù)等等,相應(yīng)的激光強度I也從剛開始的104～105 W·cm-2發(fā)展到現(xiàn)在的1022 W·cm-2,激光脈沖寬度從納秒量級壓縮到飛秒量級。這為激光與物質(zhì)相互作用的研究提供了廣闊的發(fā)展空間。一般而言,足夠強的激光束照射在靶材上會使其中的原子發(fā)生電離從而產(chǎn)生等離子體,作為強場物理的一個重要研究方向,激光和等離子體相互作用包含著豐富的物理現(xiàn)象,如相對論自聚焦、真空加熱、反常趨膚效應(yīng)、激光誘導(dǎo)等離子體透明、等離子體尾波和高次諧波的產(chǎn)生等等。另外在應(yīng)用方面,我們還可以利用強激光束和等離子體相互作用來實現(xiàn)激光驅(qū)動的固體靶動高壓加載、帶電粒子加速和慣性約束聚變等等。本文主要利用粒子模擬方法(Particle In Cell,PIC)對以下的幾個問題進行了系統(tǒng)的研究:1.強激光驅(qū)動下稠密等離子體(粒子數(shù)密度n～1028 m-3)薄靶后表面壓強的動力學(xué)演化。在研究過程中我們提出了激光加載等離子體獲取極端高壓的"能量壓縮機制"。在這種機制的指導(dǎo)下,我們對激光和等離子體參數(shù)進行了一系列優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),利用現(xiàn)有強激光(I～1015W·cm-2)可以獲得TPa量級的極端高壓。研究表明,整個高壓產(chǎn)生過程可以分成四個階段:(1)電子從激光場獲取能量;(2)激光和獲得能量的電子向靶后傳播;(3)電子驅(qū)動離子加熱并促使靶后表面壓強向峰值演化;(4)壓強卸載。2.兩束相向傳播的紫外激光脈沖(波長λ = 0.266 μm,相應(yīng)的等離子體臨界密度nc = 1.576 × 1028 m-3)在稀薄等離子體(n～0.01nc)中干涉可形成等離子體光柵。計算表明,當?shù)入x子體初始密度n0較大時(比如n0= 4.25 × 10-2nc),形成的光柵是穩(wěn)定型光柵;當n0較小時(比如n0 =4.25 ×10-4nc),形成的光柵是振動型光柵。穩(wěn)定型光柵表現(xiàn)為總的粒子數(shù)密度在空間上具有周期性,而振動型光柵則表現(xiàn)為電子數(shù)密度在時間和空間上的周期性。從形成機制來看,二者形成的本質(zhì)區(qū)別是電子-離子間相互作用強度不同。對于穩(wěn)定型光柵,相互作用較強,電子的運動能夠有效帶動離子與之同步,而對于振動型光柵,電子-離子相互作用較弱,離子幾乎不動,電子在在離子周圍做朗繆爾振動。另外,我們還發(fā)現(xiàn),振動型光柵經(jīng)過長時間的演化后會有能量在10eV左右的超熱電子產(chǎn)生。3.紅外激光與等離子體光柵相互作用研究。研究發(fā)現(xiàn):(1)在合適的激光強度下(比如I = 1×1014W·cm-2),紅外激光能夠增強穩(wěn)定型光柵的密度調(diào)制程度,對振動型光柵則沒有相應(yīng)的效應(yīng);(2)穩(wěn)定型光柵對入射激光的能量吸收率遠大于振動型光柵;(3)穩(wěn)定型光柵和振動型光柵均能夠提高等離子體-中性氣體混合物的電離率,穩(wěn)定型光柵導(dǎo)致的電離率快速增強主要是由于它和激光相互作用期間對激光能量具有很大的吸收率,而振動型光柵導(dǎo)致的電離率增強則是在激光離開等離子體之后的緩慢增加,這是電子與離子相互作用長時間累積導(dǎo)致的結(jié)果。
【圖文】：

光的輸出功率也相對較低，對應(yīng)的Ｑ值較大。輸出，物理學(xué)家想到＾個可行的思路；首先通Ｑ的值，使得發(fā)生激光振蕩的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)闊的粒子數(shù)ＡｉＶ將會大幅度提高，當發(fā)生能級反和的時候，瞬間調(diào)節(jié)品質(zhì)因子Ｑ到很大的值，低到很小，這樣，數(shù)量巨大的處于高能級的粒遷從而發(fā)生激光振蕩，輸出峰值功率很高的脈和原理（圖］．１）。逡逑

邐—■邋ｒ逡逑圖１．２：經(jīng)過鎖模處理后激光強度時間演化圖口７］，其中２ｎ邋＋邋１二７。逡逑７似曲線像如圖１．２所示，從圖上可Ｗ看出，由于振幅被調(diào)制，在時間軸上逡逑部分時間段的振幅被壓縮得很小，而部分時間段的振幅被放大，圖中只畫出兩逡逑個脈沖，隨著時間的演化，會有相同的脈沖不斷地出現(xiàn)，同時當振蕩模式數(shù)目逡逑（２ｎ邋＋邋ｌ）X椉郵�，振幅敝e顧醯氖奔淝淶穆齔邇慷然嵩嚼叢叫�，而振幅放春j義系氖奔淝瀆齔邇慷然嵩嚼叢醬�，甸]竦茨Ｊ階愎歡嗍�，振幅秉Sに跚穆齔邋義锨慷惹饔諏�，振幅放大区域强度趋转q囟す餛韃問碌募籩�。辶x仙鮮黽次＜際醯腦砘澳康乃�，通过锁模茧H�，，可Ｗ有效杨欟激辶x瞎飴齔蹇磯齲筆孤齔宸逯倒β試齟�，其目的跟钓嶘嗠H跤行┫嗨�。钓嶘喖辶x鮮跏溝眉す飴齔宸逯倒β蝕锏攪蘇淄叩牧考

本文編號：2577496