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强激光共孔径元件色散补偿研究

强激光与粒子束 1995年第1期7卷 121-126页

作者：熊胜明张云洞郝德忠中国科学院光电技术研究所

共孔径元件是强激光发射光学系统极为重要的光学部件。本文研究了隐埋光栅型共孔径分光元件产生色散的机理，提出补偿色散的方法，并给出色散补偿设计实例。

关键词：共孔径元件色散补偿强激光

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强激光与等离子体相互作用中的自聚焦研究

强激光与等离子体相互作用中的自聚焦研究

作者：张耕桂林理工大学

学位级别：硕士

强激光（功率密度≥1012W/cm2）与物质相互作用时,物质会被电离成等离子体,从而表现为激光与等离子相互作用（LPI）,产生大量的非线性现象,如自聚焦、成丝、受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）等。随着激光技术的发展,对于激... 详细信息

强激光（功率密度≥1012W/cm2）与物质相互作用时,物质会被电离成等离子体,从而表现为激光与等离子相互作用（LPI）,产生大量的非线性现象,如自聚焦、成丝、受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）等。随着激光技术的发展,对于激光等离子体相互作用中的非线性影响日益深入,其中的自聚焦由于产生种类繁多、形成机制多样,以及在当前重大工程如激光惯性约束聚变、快点火和激光粒子加速等方面产生重要影响而成为温密等离子体领域研究的热点。本文采用强激光（功率密度＞1012W/cm2）与物质相互作用形成的高温高密等离子体为研究系统,基于等离子体物理、电磁理论和流体力学等领域中的理论体系。主要采用傍轴理论、高阶傍轴理论、WKB近似和数值模拟等方法研究了强激光与等离子体相互作用中的自聚焦,并围绕自聚焦的形成机制、普遍规律和影响自聚焦各因素方面进行了系统的研究。其研究工作主要围绕在有质动力、相对论非线性因素和碰撞非线性效应等决定下的不同等离子体系统中的自聚焦,具体内容包括以下几个部分:（1）考虑有质动力,应用非傍轴射线理论和WKB近似,研究了在激光与等离子体相互作用的成丝过程中异常裂环的形成。（2）以相对论激光与指数衰减型欠稠密非均匀等离子体和周期性密度波动的等离子体相互作用为研究系统,对激光在等离子体中传播的理论进行探讨。（3）基于强相对论激光与等离子体相互作用为研究系统,研究了超相对论激光等离子体相互作用中的激光束成丝和成丝不稳定性。（4）采用流体力学,结合等离子物理和电磁理论,研究了在周期性密度波动的碰撞等离子体的自聚焦。综合结果表明,在激光-等离子体相互作用的系统中,激光束将会出现成丝、异常分裂环、相对论自聚焦等多种现象,离轴分量的改变会导致异常分裂环的形成及变化;在指数衰减型欠稠密非均匀等离子体中,自聚焦的强度保持相对稳定,而在周期性密度波动的等离子体中,自聚焦则呈现出准周期性变化;等离子体的非均匀性会影响光束成丝及其不稳定性;在碰撞非线性效应和周期性密度波动的共同影响下,稳定的自聚焦,自散焦,以及碰撞自聚焦这三种现象会交替出现。本文针对自聚焦的研究在理论上丰富了激光-等离子体相互作用中的自聚焦物理,同时也为ICF、激光粒子加速等实验中有效控制自聚焦提供有益的参考。

关键词：强激光等离子体自聚焦傍轴理论 WKB近似

强激光在等离子体中的传播及涡旋太赫兹辐射产生

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强激光在等离子体中的传播及涡旋太赫兹辐射产生

作者：张德生西北师范大学

学位级别：硕士

强激光在等离子体中的传播及辐射在激光驱动等离子体加速、高次谐波产生、X射线源产生及THz辐射等领域具有重要的理论意义与潜在应用价值.关于强激光在等离子体中的传播,已有的研究表明,通过引入预等离子体通道可以有效地抑制真空衍射效... 详细信息

强激光在等离子体中的传播及辐射在激光驱动等离子体加速、高次谐波产生、X射线源产生及THz辐射等领域具有重要的理论意义与潜在应用价值.关于强激光在等离子体中的传播,已有的研究表明,通过引入预等离子体通道可以有效地抑制真空衍射效应,从而使激光能够稳定地传播较远的距离.目前针对强激光在预等离子体通道中传播的研究,通常假定预等离子体通道其径向密度分布呈抛物型.但由于预等离子体通道产生条件和方法的影响,其径向密度分布可能会偏离标准抛物型,呈现为更一般的幂次型.然而,目前针对幂次型等离子体通道中激光传播的研究仍比较少.关于强激光与等离子体相互作用产生辐射的研究中,太赫兹辐射由于具备了毫米波和远红外频谱的特性,可应用于成像、通信以及生物医学等领域.特别是涡旋太赫兹辐射可以将轨道角动量这一额外自由度耦合到物质上,在手性物质操控、电子束加速以及天体物理源探测等方面有着重要的应用.已有的研究表明,利用双色激光方案与施加外加静磁场这两种方式,均可有效增强太赫兹辐射的强度.但目前,对于在外加磁场下双色激光与等离子体相互作用产生涡旋太赫兹辐射的研究尚未得到有效的关注.因此,研究强激光在径向幂次型等离子体通道中的传播以及在外加磁场下双色激光与等离子体相互作用产生涡旋太赫兹辐射,具有重要的科学意义与应用前景.本学位论文围绕着强激光在等离子体中的传播及涡旋太赫兹辐射产生,分别研究了高斯激光束在径向幂次型等离子体通道中的传播动力学和稳定性,以及在外加磁场下双色Laguerre-Gaussian激光与等离子体作用产生涡旋太赫兹辐射.关于高斯激光束在径向幂次型等离子体通道传播中发现,随着等离子体通道径向幂次的增大,激光稳定传播的参数区域明显增加.即增大预等离子体通道的径向幂次将更有利于高斯激光束长距离稳定导引与传输.在外加磁场下双色LaguerreGaussian激光与均匀等离子体作用产生涡旋太赫兹辐射的研究中发现,通过调节激光场、外加磁场和等离子体密度等物理参数可以高效地调制太赫兹辐射的强度及空间分布.这些研究结论为激光的长距离导引以及涡旋太赫兹辐射源的产生与操控等相关领域提供了理论与参数指导.现将本论文的研究内容及具体研究结果总结如下:第二章主要研究了高斯激光束在径向幂次型等离子体通道中的传播动力学及稳定性.首先从麦克斯韦方程组、连续性方程和运动方程出发,得到了激光在等离子体通道中传播的耦合方程.再利用变分原理,得到无量纲化焦斑半径演化方程.然后利用Sagdeev势方法分析,得到了强激光在径向幂次型等离子体通道中的传播行为和物理条件,并在理论上分别研究了等离子体通道径向幂次、激光归一化振幅、等离子体通道半径以及初始等离子体密度对激光传播稳定区域和传播类型的影响.最后利用有限差分法数值验证了理论结果的正确性.研究结果表明:随着等离子体通道径向幂次的增大,激光稳定传播的参数区域明显增加.同时,在预等离子体通道径向幂次给定的条件下,激光稳定传播的参数区域随着激光归一化振幅减小、等离子体通道半径增大以及初始等离子体密度增大而增加.另外,在数值模拟中发现,由于数值不稳定性等因素的影响,导致不稳定传播区域增加.即在理论稳定传播参数区域内出现了不稳定传播过渡区域,从而使实际稳定传播参数区域小于理论结果.第三章主要研究了在外加磁场下双色Lagueree-Gaussian激光与等离子体作用产生涡旋太赫兹辐射.首先联立运动方程和Poisson方程,分别求出电子的非线性速度和扰动密度,进而得到非线性电流.再将非线性电流带入太赫兹辐射所满足的波动方程,得到涡旋太赫兹辐射场的解析表达式.然后分别研究了外加磁场、激光参数以及等离子体密度对产生涡旋太赫兹辐射的影响.最后通过二维PIC模拟验证了该方案的可行性.研究结果表明:外加静磁场不仅在一定程度上可以增强涡旋太赫兹辐射强度,而且会打破涡旋太赫兹辐射场的空间分布对称性,从而有效实现对涡旋太赫兹辐射场的辐射强度和空间分布的控制.同时,增加入射激光的拓扑电荷数,涡旋太赫兹辐射的轨道角动量增加,但涡旋太赫兹辐射的强度会降低.此外,改变初始等离子体密度,可以调节涡旋太赫兹辐射的中心频率.且增大初始等离子体密度将会显著地增强涡旋太赫兹辐射强度,但存在一定的饱和值.

关键词：强激光幂次型等离子体通道传播动力学涡旋太赫兹辐射

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强激光中原子过程的理论研究

原子核物理评论 1997年第3期14卷 142-144页

作者：陈宝振北京师范大学低能核物理所北京市辐射中心

从理论角度结合实际工作，概要地介绍强激光中原子过程的特点、理论研究现状及其在激光核聚变中的可能作用．

关键词：激光核聚变强激光光场原子电离过程

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强激光场中原子分子的电离特性研究

强激光场中原子分子的电离特性研究

作者：付妍卓西北师范大学

学位级别：硕士

强场电离是近年来原子分子物理的热门课题。本论文主要研究了原子分子在强激光场中的电离特性，计算了多光子电离区域和隧穿电离区域的电离参量。主要内容如下：第一部分是对强场电离这一课题背景的概述。简介了激光输出向超短超强方... 详细信息

强场电离是近年来原子分子物理的热门课题。本论文主要研究了原子分子在强激光场中的电离特性，计算了多光子电离区域和隧穿电离区域的电离参量。主要内容如下：第一部分是对强场电离这一课题背景的概述。简介了激光输出向超短超强方向的发展趋势，讨论了强场电离的三种常见类型，即多光子电离、隧穿电离和越垒电离，引入了表征电离特性的三个参量，即电离速率、电离概率和电离信号，指出了研究强场物理与强场电离的重要意义。第二部分是对强场物理与强场电离理论的介绍。概述了研究强场物理的三种基本理论，即全经典理论、半经典理论和全量子理论，写出了速度规范与长度规范下的原子在强激光场中的含时薛定谔方程（TDSE），列举了求解TDSE的两类方法，即近似理论模型方法和数值求解方法，说明了分裂算符方法和伪谱方法的理论依据和具体步骤，推导了氢原子在静电场中电离速率，给出了Perelomov，Popov和Terent’ev （PPT）理论、Ammosov，Delone和Krainov（ADK）理论和MO-ADK理论的相关公式。第三部分是对线性激光场中原子电离概率的计算。利用了三种理论方法，即PPT理论、ADK理论和TDSE理论，画出了氢、氦和氖的电离概率随激光强度的变化，发现了在多光子电离和隧穿电离区域内，PPT理论与TDSE理论吻合得都很好，而ADK理论只有在隧穿电离区域才与TDSE理论的结果相一致。另外，画出了氢原子在不同波长激光下（波长分别取600nm,800nm和1200nm）的电离概率随光强的变化，表明了PPT理论和TDSE理论一样，能预测电离概率随波长的变化趋势，而ADK理论只有在长波情况下才会有效。第四部分是对本文工作的总结和对未来工作的展望。

关键词：强激光多光子电离隧穿电离电离概率 PPT理论 ADK理论

强激光与稠密气体靶相互作用加速质子的数值模拟研究

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强激光与稠密气体靶相互作用加速质子的数值模拟研究

作者：庾春秀湖北大学

学位级别：硕士

激光作为一种高强度、高方向性的光源,在科学研究和技术应用中发挥着重要作用。在高能密度物理领域中,激光技术的应用为粒子加速开辟了新的途径。近年来,随着激光技术的不断发展,超强激光与等离子体的相互作用研究成为了高能密度物理领... 详细信息

激光作为一种高强度、高方向性的光源,在科学研究和技术应用中发挥着重要作用。在高能密度物理领域中,激光技术的应用为粒子加速开辟了新的途径。近年来,随着激光技术的不断发展,超强激光与等离子体的相互作用研究成为了高能密度物理领域的热点之一。质子束作为一种高能粒子束,在医学放射治疗、核物理研究以及能源开发等领域具有广泛的应用前景。因此,研究如何高效、稳定地用强激光加速质子束具有重要的科学价值和实践意义。激光加速质子束作为一种新型的加速方法,具有加速梯度大、束流品质高等优点,成为了当前强场物理研究的重点。当超强激光入射到气体或固体靶时,会发生一系列复杂的物理过程,包括激光的吸收、能量转换以及非线性等离子体波生成等,这些过程为质子加速提供了必要的条件。研究采用数值模拟技术,能够用低成本高效模拟实际实验的激光与等离子体相互作用的过程。本论文在理论分析的基础上,对超强激光与稠密气体靶相互作用加速得到高能量的质子束进行了系统数值模拟研究。本文主要包含以下几部分内容:第一章介绍了本论文的研究背景,包括强场激光技术的发展与应用、激光加速质子束的研究现状以及高能质子束的应用领域。第二章重点阐述了激光加速质子的物理机制,也扩展分析了等离子体的形成过程、激光等离子体相互作用能量吸收机制、以及气体靶中激光加速质子过程。第三章通过等离子体粒子模拟研究了强激光在气体靶中加速质子的物理过程,并得到了百兆电子伏特到吉电子伏特能量范围的准单能质子束。激光穿过低密度等离子体时,激光驱动的电子束生成的磁场在气体靶后表面产生径向扩散,形成横向扩散的涡旋磁场。磁场的骤然扩散导致强纵向电场的产生,质子在纵向电场中实现剧烈加速,能量大幅度提高并达到较高的能量,最终实现质子束的加速。磁涡旋加速机制是强激光与气体靶相互作用的过程中,质子获得加速的主要机制。我们通过二维和三维等离子体粒子模拟技术,揭示了质子加速的原理和过程,探索了激光在气体靶中加速质子的优化条件,为相关实验的开展提供了理论依据。第四章总结了本文的研究内容,并展望了未来的相关研究方向。激光加速质子束作为一种经济有效的质子加速方法,具有加速梯度大、束流品质高等优点。基于当前强激光技术的快速发展,本论文开展激光与等离子体的相互作用加速质子束的数值模拟研究。论文通过等离子体粒子模拟方法,研究了强激光与稠密气体靶相互作用并加速得到高能质子束的物理过程,具体分析了对激光等离子体中的磁场和电场的演化、电子和离子的相空间分布、以及高能质子束能谱与气体靶密度的依赖关系,得出了激光与气体靶相互作用过程中磁涡旋加速质子机制的优化密度条件。论文研究的高能质子束的加速机理与优化条件为未来相关实验的开展提供了理论支持,具有科学价值和实践意义。

关键词：强激光质子加速数值模拟等离子体

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强激光驱动的多阱系统动力学研究

中国科学（A辑） 1997年第11期27卷 1050-1056页

作者：胡素兴徐至展中国科学院上海光学精密机械研究所上海201800

构造一个多阱系统来模拟强激光照射下惯性约束的电离团簇的动力学行为,电子在强激光场的驱动下将在该多阱联合势场中运动.联合势场在激光场的作用下,其电离势垒很容易被降低,因而团簇的“雪崩电离”导致了增强的谐波辐射.多个吸引阱(离... 详细信息

构造一个多阱系统来模拟强激光照射下惯性约束的电离团簇的动力学行为,电子在强激光场的驱动下将在该多阱联合势场中运动.联合势场在激光场的作用下,其电离势垒很容易被降低,因而团簇的“雪崩电离”导致了增强的谐波辐射.多个吸引阱(离子所表现的)的作用使电子束缚能增加以及该系统有较高的极化率.强激光驱动的多阱系统能成为有效的相干短波长辐射源.

关键词：强激光多阱系统电离闭簇动力学

超短强激光脉冲与H^2_+相互作用研究: 经典与量子计算的比较

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光学学报 1998年第6期18卷 669-674页

作者：胡素兴屈卫星徐至展中国科学院上海光学精密机械研究所

用经典动力学和量子力学方法分别研究了Ｈ＋２在超短强激光场中的电离、离解和残存行为，得到了相似的结果：即在超短强激光脉冲作用下，Ｈ＋２的电离占优，但有限的量子计算低估了Ｈ＋２的离解几率；而经典处理则没有显示Ｈ＋２在超强... 详细信息

用经典动力学和量子力学方法分别研究了Ｈ＋２在超短强激光场中的电离、离解和残存行为，得到了相似的结果：即在超短强激光脉冲作用下，Ｈ＋２的电离占优，但有限的量子计算低估了Ｈ＋２的离解几率；而经典处理则没有显示Ｈ＋２在超强场中的稳定化。另外，经典计算表明当核间距Ｒ伸展到一定范围时，Ｈ＋２的电离率最大。这符合量子计算中发现的电荷谐振增强电离（ＣＲＥＩ）现象。

关键词：强激光量子计算电离激光脉冲氢+ 离解

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强激光干扰红外成像制导导弹效能仿真研究

红外技术 2008年第1期30卷 18-20页

作者：殷艳华王学伟海军航空工程学院研究生管理大队山东烟台264001 海军航空工程学院控制工程系山东烟台264001

研究了强激光对红外成像导引头的干扰机理,通过建立模型,以Matlab语言为平台,仿真出了导弹受干扰前后的弹道曲线,并在此基础上研究了脱靶量与单发导弹命中概率的计算,通过对导弹在未受干扰和受干扰两种情况下命中概率的计算分析,验证了... 详细信息

研究了强激光对红外成像导引头的干扰机理,通过建立模型,以Matlab语言为平台,仿真出了导弹受干扰前后的弹道曲线,并在此基础上研究了脱靶量与单发导弹命中概率的计算,通过对导弹在未受干扰和受干扰两种情况下命中概率的计算分析,验证了干扰的有效性。

关键词：强激光红外成像制导命中概率破坏阈值