強激光與薄膜靶作用中的粒子加速和諧波產(chǎn)生.pdf

1、近年來，隨著超短超強激光脈沖的迅速發(fā)展和“快點火”研究的深入，超短超強激光脈沖與等離子體相互作用成為當(dāng)前激光等離子體領(lǐng)域的一個研究熱點。本文的研究目的是:利用一維粒子模擬方法，對強激光脈沖與等離子體作用中的粒子加速進(jìn)行研究。
　　首先，我們通過研究光壓推動等離子體靶產(chǎn)生單能質(zhì)子束的理論模型，導(dǎo)出了加速質(zhì)子的前提條件和平衡條件。利用一維粒子模擬程序研究了超強激光輻照高密度薄靶時單能質(zhì)子的產(chǎn)生，結(jié)合理論分析比較了不同峰值強度和脈沖寬度

2、以及薄靶的厚度和密度對質(zhì)子加速效果的影響。研究表明:在穩(wěn)定加速的范圍內(nèi)，隨著脈沖寬度的增加，質(zhì)子束的能量也隨之增加，但當(dāng)加速接近相對論程度后質(zhì)子束的能量就會趨于飽和；加速過程符合力學(xué)原理，隨著激光峰值強度的增加，質(zhì)子束的能量也隨之增加；薄靶的厚度增加和密度增大兩種方式都可以使單能質(zhì)子束的能量逐漸降低。激光的峰值強度超過最佳加速光強后會因電子逐漸脫離束縛而無法得到單能質(zhì)子束，理論與模擬得到的結(jié)果相符合。
　　其次，我們研究了相對傳播

3、的雙脈沖激光與薄膜靶的作用，觀察到很強的諧波產(chǎn)生。其物理圖像是:圓偏振高對比度強激光脈沖作用于薄膜靶，由光壓推動產(chǎn)生的高密度等離子體靶向前運動，同時由于電荷分離場的作用，使得離子束和電子束在縱向上都有好的聚束，從而產(chǎn)生以相對論速度向前運動的等離子體鏡；反向入射一個探測光到已被加速的等離子體鏡上，由多普勒頻移產(chǎn)生強的單色 N次諧波，探測光脈沖被壓縮至原來的1/N。并且討論了激光和等離子體參數(shù)對等離子體鏡的運動和諧波級次的影響，以及相對論運

4、動等離子體鏡的穩(wěn)定性對諧波的影響。
　　我們利用高強激光脈沖與等離子體薄靶相互作用得到了相對論速度的電子束，并對激光與相對論電子束相互作用得到的阿秒 X射線脈沖進(jìn)行了研究。阿秒 X射線脈沖是由于激光被相對論運動的電子束經(jīng)過湯姆孫后向散射產(chǎn)生的。所獲得的X射線的波長除了隨著入射激光的頻率的增加而減小外，還與電子束的速度有關(guān)，電子束的速度越高，獲得的X射線的波長越短，選擇合適的參數(shù)還可以獲得“水窗”波段的X射線。另外，相對論電子束的密