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超强激光与均匀及纳米多孔近临界等离子体相互作用的参数研究
摘要： 利用二维粒子模拟方法，系统研究了均匀近临界等离子体（UNCP）与纳米多孔近临界等离子体（NPNCP）在短脉冲强激光作用下的响应特性。通过参数化研究，分析了固体靶前表面沉积均匀层与纳米多孔层时，在宽范围激光强度（归一化振幅a0=5-25）和前层平均密度ne=0.3-3nc（nc为临界密度）条件下质子最大能量的变化规律。研究发现：对于厚度小于10微米的前层，质子最大能量与靶材孔隙率和密度无关；但在较厚靶材中，相比均匀结构，纳米多孔结构会降低激光能量吸收率，进而减小质子最大能量。结果表明：在中等激光强度下采用UNCP替代NPNCP时，质子最大能量可提升23%。该增强效应源于UNCP层中形成的优质等离子体通道使激光脉冲快速自聚焦，并主导直接激光电子加速机制。而NPNCP情况下，等离子体结构对激光的散射会削弱激光强度并增加无序性，从而影响激光能量向电子的高效耦合。
关键词： 质子加速、近临界等离子体、粒子模拟方法、超强激光、激光等离子体相互作用
更新于2025-09-23 15:21:01
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利用超强双频激光镊子实现离子加速
摘要： 超强激光可产生并操控等离子体，从而在局部区域生成极高的静电场和电磁场。本研究提出一种超强光学镊子概念：让两束不同频率的反向传播圆偏振强激光在纳米箔片上对撞。激光在箔片内部发生干涉后产生拍频波，该波能以光学可控速度捕获并移动作为薄层的等离子体电子。电子位移会形成具有极强静电场的等离子体微电容器，从而高效地从多组分靶材（如碳氢化合物箔片中的质子）产生窄能散离子束。通过多维粒子模拟方法，我们从理论和数值模拟两方面对该离子加速器概念进行了研究验证。
关键词： 光学镊子、粒子模拟方法、等离子体、离子加速、超强激光
更新于2025-09-23 15:19:57
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超强激光驱动的相对论电子在介质靶中的传输
摘要： 超强激光驱动的相对论电子为加热物质至与诸多应用相关的高能量密度状态提供了一种途径。然而，相对论电子在固体靶中的输运过程尚未被充分理解，特别是在电介质靶中。我们首次通过包含场致电离和碰撞电离过程，详细展示了硅靶中相对论电子输运的二维粒子模拟结果。研究发现绝缘体中存在一个传播的电离波，其速度取决于激光强度且慢于相对论电子速度。由于自由电子和离子的集体效应，在鞘层电场前方观测到广泛分布的电场，这些电场远弱于场致电离的阈值电场。当激光强度超过5×10^19 W/cm2并产生高相对论电子电流密度时，电离锋面后方会出现双流不稳定性。
关键词： 运输、超强激光、电离波、相对论电子
更新于2025-09-23 15:19:57
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超快光学进展 || 1. 超快超高强度激光脉冲
摘要： 自激光器发明以来，高强度激光脉冲的产生一直被视为最重要的研究课题之一。高强度激光通常采用主振荡功率放大器（MOPA）构型来提升短激光脉冲的能量。该构型已应用于中国神光装置、美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的国家点火装置（NIF）等场所——后者目前是全球最大的激光装置。这类巨型激光装置通常用于涉及复杂技术的高成本、大规模科研项目，目前仅有少数国家能开展此类激光研究。由于所获激光脉冲重复频率低且脉宽较长，这些激光装置并不适用于大规模应用研究。此外其输出激光强度也存在局限：例如2009年建成的NIF虽包含192束紫外光束（总能量达1.8兆焦耳/10^6焦耳），但因脉宽处于纳秒级（10^-9秒）、脉冲间隔长达数小时，其峰值功率仅约500太瓦（10^12瓦）[1]。 在另一端尺度上，多个研究机构通过在常规实验室中放大飞秒级（10^-15秒）超短脉冲激光，研发出台式激光系统。这些激光器具有拍瓦级（10^15瓦）峰值功率[2-4]、1赫兹重复频率[5]及10^22瓦/平方厘米的聚焦强度[6]。自1985年美国Mourou团队开创啁啾脉冲放大（CPA）技术[8]、1991年英国Sibbett团队发现克尔透镜锁模（KLM）现象[7]以来，结合超短脉冲研究，超强激光技术自1980年代末开始以空前速度发展，持续创造突破性科学纪录。 超短脉冲激光研究呈现两大探索方向：一是通过锁模技术实现极短脉宽，当前激光脉冲已可达少周期量级，并能利用新物理机制产生阿秒级（10^-18秒）激光脉冲[9-11]；二是持续突破激光峰值功率极限，越来越多峰值功率达太瓦甚至拍瓦级的飞秒超强激光装置相继问世[2-5]，为超快超强激光脉冲的深度研究提供强大工具。 该技术在微纳制造[12-14]、医学[15,16]等领域广泛应用，并成功推动原子分子运动模式探索[17,18]、天体物理实验室模拟[19]、精密光谱学[20]等研究取得突破，催生诸多新兴分支与重大科学成果。其中最具代表性的当属：1999年美国科学家A.H.泽维尔因飞秒激光脉冲化学动力学研究获诺贝尔化学奖；2005年诺贝尔物理学奖一半由J.L.霍尔与T.W.汉施两位教授共享，表彰其飞秒激光频率梳技术成就。 凭借尖端特性与创新应用，超短脉冲超强激光已成为光学物理领域的关键工具。本章将首先简要回顾该领域的核心技术及相关研究进展。
关键词： 超强激光、飞秒激光、激光技术、克尔透镜锁模、拍瓦激光、光学物理、啁啾脉冲放大、超快激光
更新于2025-09-16 10:30:52