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飞秒超强激光驱动太赫兹辐射特性的实验研究

物理学报 2021年第8期70卷 257-262页

作者：王天泽雷弘毅孙方正王丹廖国前李玉同中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049 中国科学院大学物理科学学院北京100049 松山湖材料实验室东莞523808

强太赫兹源是太赫兹科学技术发展的关键,其中大能量强场太赫兹脉冲源在超快物态调控、新型电子加速器等领域具有重要的应用前景.超快超强激光与等离子体相互作用是近年来发展起来的一种新型的强场太赫兹辐射产生途径.本文报道了利用超... 详细信息

强太赫兹源是太赫兹科学技术发展的关键,其中大能量强场太赫兹脉冲源在超快物态调控、新型电子加速器等领域具有重要的应用前景.超快超强激光与等离子体相互作用是近年来发展起来的一种新型的强场太赫兹辐射产生途径.本文报道了利用超强飞秒激光脉冲与金属薄膜靶作用产生太赫兹辐射的实验结果,研究了激光能量和离焦量对靶后太赫兹辐射能量的影响,并通过监测激光背向散射光谱,定性揭示了其变化规律与不同光强下的电子加热机制的相关性.实验表征了太赫兹辐射的频谱、偏振及聚焦光斑情况.测量结果表明,实验产生了脉冲能量达458μJ、聚焦场强高达GV/m量级的超宽带太赫兹辐射,为开展极端太赫兹脉冲与物质相互作用研究提供了一种新的强场太赫兹光源.

关键词：超强激光与等离子体相互作用强太赫兹辐射相干渡越辐射

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超强圆偏振激光直接加速产生超高能量电子束

物理学报 2015年第14期64卷 139-144页

作者：尹传磊王伟民廖国前李梦超李玉同张杰中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室北京100190

研究表明,峰值强度为1022—1025W/cm2量级的圆偏振激光脉冲的有质动力场可以直接加速并产生GeV—TeV的单能电子束,其中被加速电子的能量与激光脉冲的峰值强度成线性定标关系.为了获得更高能量的电子束,通过对一维解析模型的分析得到:如... 详细信息

研究表明,峰值强度为1022—1025W/cm2量级的圆偏振激光脉冲的有质动力场可以直接加速并产生GeV—TeV的单能电子束,其中被加速电子的能量与激光脉冲的峰值强度成线性定标关系.为了获得更高能量的电子束,通过对一维解析模型的分析得到:如果电子束在激光传播的方向上具一个初始能量E0,那么这种线性的定标关系可以被打破,被加速电子束最终的能量可以被放大E0倍.这是由于具有一定初始能量的电子束不容易被激光脉冲抛在后面,进而获得更高的加速距离.二维粒子模拟结果显示:当电子束的初始能量E0为MeV量级时这个方法是有效的,而当E0过大时这个方法失效.这是因为当电子的加速距离远大于激光脉冲的瑞利长度时,激光强度的衰减使得电子束的加速错过了最佳加速场.

关键词：电子加速超强激光粒子模拟

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强场太赫兹脉冲波形和频谱的单发测量技术

中国激光 2023年第17期50卷 3-12,F0002页

作者：雷弘毅孙方正陈浩卫妍玉张保龙廖国前李玉同中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 松山湖材料实验室广东东莞523808 上海交通大学IFSA协同创新中心上海200240

基于超快超强激光的强场太赫兹辐射源通常具有较低的重复频率,此类辐射源的表征和应用对太赫兹时域波形和频谱测量技术提出了新要求。介绍了中国科学院物理研究所光物理重点实验室发展的几种针对太赫兹脉冲时域波形和频谱的单发测量系统... 详细信息

基于超快超强激光的强场太赫兹辐射源通常具有较低的重复频率,此类辐射源的表征和应用对太赫兹时域波形和频谱测量技术提出了新要求。介绍了中国科学院物理研究所光物理重点实验室发展的几种针对太赫兹脉冲时域波形和频谱的单发测量系统,重点讨论了每种方案的设计原理和特点。这些单发探测方案适用于低重复频率的强场太赫兹脉冲源,有助于准确表征太赫兹辐射性质、深入理解太赫兹产生机制、拓展强场太赫兹应用范围。

关键词：测量太赫兹辐射电光采样自相关测量

Improved method for studying the propagation dynamics of ultrafast electron pulses based on mean-field models

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Chinese Physics B 2017年第5期26卷 126-132页

作者：李梦超王瑄廖国前李玉同张杰 Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics Institute of Physics Chinese Academy of Sciences School of Physical Sciences University of Chinese Academy of Sciences Collaborative Innovation Centre of Inertial Fusion Science and Applications Shanghai Jiao Tong University Department of Physics Shanghai Jiao Tong University

We have studied the propagation dynamics of ultrafast electron pulses by using an improved mean-field model, in which the propagation of the electron pulses across the boundary of the acceleration region is explicitly considered. A large decrease in the speed spread of the electron pulses（we called “boundary kick”） is observed and properly treated leading to a significant improvement in the simulation accuracy, particularly when the density of electrons is very large. We show that our method is consistent with the simulation by the N-particle method, while others can introduce factorial error.

关键词： explicitly trivial acceleration factorial spread properly details highlights drift ignore

对模拟年轻恒星喷流具有潜在应用的由强激光产生的等离子体喷流（英文）

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强激光与粒子束 2015年第3期27卷 260-266页

作者：尹传磊李玉同鲁欣袁大伟仲佳勇远晓辉魏会冈张凯方远廖国前苏鲁宁韩波王菲鹿梁桂云杨骕朱健强赵刚张杰中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室北京100190 中国科学院国家天文台北京100012 上海交通大学物理系激光等离子体教育部重点实验室上海200240 高功率激光物理国家实验室上海201800

利用"神光Ⅱ"激光装置的两束激光烧蚀半圆柱壳层靶产生了高速等离子体喷流。喷流的参数由光学和X射线诊断测量。喷流是准直的,在真空中传播。一维流体力学模拟被用来间接地计算喷流的速度。喷流的准直可能来源于高Z等离子体的辐射冷却... 详细信息

利用"神光Ⅱ"激光装置的两束激光烧蚀半圆柱壳层靶产生了高速等离子体喷流。喷流的参数由光学和X射线诊断测量。喷流是准直的,在真空中传播。一维流体力学模拟被用来间接地计算喷流的速度。喷流的准直可能来源于高Z等离子体的辐射冷却。由于和年轻恒星喷流具有某些几何相似性,实验室喷流对于在实验室中模拟年轻恒星喷流具有潜在应用。

关键词：实验室天体物理等离子体喷流喷流准直高功率激光

High-order optical vortex harmonics generated by relativistic femtosecond laser pulse

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Chinese Physics B 2015年第6期24卷 403-405页

作者：韩玉晶廖国前陈黎明李玉同王伟民张杰 Beijing National Laboratory of Condensed Matter Physics Institute of PhysicsChinese Academy of Sciences(CAS) Department of Physics Heze University IFSA Collaborative Innovation Center Shanghai Jiao Tong University Key Laboratory for Laser Plasmas and Department of Physics and Astronomy Shanghai Jiao Tong University

Harmonics generated by an intense femtosecond Gaussian laser pulse normally incident on a spiral-shaped thin foil target were studied. By using two-dimensional （2D） particle-in-cell （PIC） simulation, we observed evident odd harmonics signals in the reflection direction and found that the reflected field has a helical structure determined by the target shape. This method provides a new way to generate an intense ultraviolet vortex with high-order topological charge by use of ultrahigh intense laser-driven harmonics.

关键词： optical vortex laser plasma harmonics

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强激光产生的强磁场及其对弓激波的影响

物理学报 2017年第9期66卷 244-251页

作者：李彦霏李玉同朱保君袁大伟李芳张喆仲佳勇魏会冈裴晓星刘畅原晓霞赵家瑞韩波廖国前鲁欣华能朱宝强朱健强方智恒安红海黄秀光赵刚张杰中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室北京100190 中国科学院国家天文台北京100012 北京师范大学天文系北京100875 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光与物理国家实验室上海201800 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所上海201800 上海交通大学激光等离子体实验室教育部物理与天文系上海200240 上海交通大学 IFSA协同创新中心上海200240 中国科学院大学物理科学学院北京100049

强激光照射金属线圈后,会在打靶点附近的背景等离子体中诱发冷电子的回流,在金属丝内形成强电流源,从而产生强磁场.本文利用神光II高功率激光器产生的强激光照射金属丝靶,产生了围绕金属丝的环形强磁场.利用B-dot对局域磁感应强度进行... 详细信息

强激光照射金属线圈后,会在打靶点附近的背景等离子体中诱发冷电子的回流,在金属丝内形成强电流源,从而产生强磁场.本文利用神光II高功率激光器产生的强激光照射金属丝靶,产生了围绕金属丝的环形强磁场.利用B-dot对局域磁感应强度进行了测量,根据测量结果,结合三维模拟程序,反演得到磁场的空间分布.再利用强激光与CH平面靶相互作用产生的超音速等离子体撞击该金属丝,产生了弓激波.通过光学成像手段研究了磁场对冲击波的影响,发现磁场使得弓激波的轮廓变得不明显并且张角变大.同时,通过实验室天体物理定标率,将金属丝表面等离子参数变换到相应的天体参数中,结果证明利用该实验方法可以在实验室中产生类似太阳风的磁化等离子体.

关键词：强激光强磁场产生弓激波磁化等离子体

Production of intense attosecond vector beam pulse trains based on harmonics

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Chinese Physics B 2015年第11期24卷 310-313页

作者：韩玉晶廖国前陈黎明李玉同王伟民张杰 Beijing National Laboratory of Condensed Matter Physics Institute of Physics Chinese Academy of Science Department of Physics Heze University IFSA Collaborative Innovation Center Shanghai Jiao Tong University Key Laboratory for Laser Plasmas and Department of Physics and Astronomy Shanghai Jiao Tong University

We provide the first report on the harmonics generated by an intense femtosecond vector beam that ~s normally mcment on a solid target. By using 2D particle-in-cell （PIC） codes, we observe the third and the fifth harmonic signals with the same vector structure as the driving beam, and obtain an attosecond vector beam pulse train. We also show that the conversion efficiencies of the third and the fifth harmonics reach their maxima for a plasma density of four times the critical density due to the plasma resonating with the driving force. This method provides a new means of generating intense extreme ultraviolet （XUV） vector beams via ultra-intense laser-driven harmonics.

关键词： singular optics laser plasma harmonics

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基于激光等离子体的太赫兹脉冲驱动电子偏转

中国科学：物理学、力学、天文学 2021年第5期51卷 71-78页

作者：王丹刘浩王为武王天泽雷弘毅刘东晓杨雷卢峰周凯南周维民谷渝秋廖国前张喆王瑄李玉同中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 上海交通大学物理与天文学院激光等离子体教育部重点实验室上海200240 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绵阳621900 松山湖材料实验室东莞523808 上海交通大学IFSA协同创新中心上海200240

传统电子加速装置以射频场作为驱动场.相比之下,太赫兹辐射波长更短,加速梯度更高,是未来紧凑型电子加速装置的一种潜在驱动场.此外,太赫兹脉冲可以提供一个超快调制场用于压缩和测量电子脉宽.近年来,太赫兹场与电子的相互作用引起了广... 详细信息

传统电子加速装置以射频场作为驱动场.相比之下,太赫兹辐射波长更短,加速梯度更高,是未来紧凑型电子加速装置的一种潜在驱动场.此外,太赫兹脉冲可以提供一个超快调制场用于压缩和测量电子脉宽.近年来,太赫兹场与电子的相互作用引起了广泛关注.强激光与等离子体相互作用可同时产生大能量的太赫兹脉冲和大电量的超短电子束,这一优势使其有望成为太赫兹场调控电子、太赫兹泵浦-电子探测的新型独特平台.本文以一种可行的实验布局为例,研究了激光等离子体产生的太赫兹脉冲对同向传播电子束的偏转作用.通过计算模拟,系统讨论了各参数对太赫兹场引起的电子偏转的影响,发现太赫兹电场强度或脉宽增加会使偏转现象更为显著,另外,偏转现象与太赫兹波形有关.初步的演示性实验定性验证了数值分析结果.

关键词：激光-等离子体相互作用太赫兹辐射电子偏转