一、短脉冲强激光与固体靶作用在非相对论激光参数区的高次谐波（论文文献综述）
高健[1]（2020）在《超短超强激光与固体靶相互作用中的高次谐波辐射研究》文中提出高功率飞秒激光与固体密度等离子体相互作用产生的高次谐波辐射是一种高亮的相干极紫外（Extreme Ultraviolet,EUV）或软X射线光源。在时间域上,由于高次谐波辐射被限制在一个光周期中很窄的时间窗口内,所以它还是阿秒甚至是仄秒脉冲链。利用各种门技术,高次谐波辐射可以获得单个的阿秒脉冲。通过控制等离子体表面形貌,高次谐波辐射有望被聚焦到接近Schwinger极限强度。这样有前景的脉冲辐射光源可被广泛应用到诸如超快动力学过程诊断、高分辨率相干衍射成像（Coherent Diffractive Imaging,CDI）、磁性材料探测、自由电子激光器（Free-electron Lasers,FELs）以及非线性量子电动力学（Nonlinear Quantum Electrodynamics,QED）的研究中。本论文介绍相对论激光与固体密度等离子体相互作用,通过相干尾波辐射机制（Coherent Wake Emission,CWE）和相对论振荡镜机制（Relativistically Oscillating Mirror,ROM）产生高次谐波辐射的相关实验以及模拟工作。我们首先开展了激光对比度对于高次谐波辐射产生影响的研究,证明了只有高对比度激光才能产生高次谐波辐射。之后,我们细致地研究了预等离子体密度标长（Scale Length,L）对于两种机制高次谐波产生效率的影响,发现预等离子体密度标长强烈地影响高次谐波产生效率并且存在最佳的密度标长。最后,我们还开展了等离子体表面形貌对高次谐波发散角影响的研究。实验与模拟结果证明凸起的等离子体表面不但可以有效控制高次谐波的发散角,还可以被用来补偿由于强光压所导致的高次谐波波前弯曲效应。本论文的构成如下:第一章:首先对超短超强激光技术的发展历程、强激光与致密等离子体相互作用中的能量吸收机制进行简要介绍。然后介绍了激光与惰性气体相互作用产生高次谐波的基本原理。虽然气体高次谐波研究相对成熟,但受气体电离阈值的限制驱动激光强度不能超过1015W/cm2。相比于气体高次谐波,固体密度等离子体产生的高次谐波可以突破激光强度的限制,能够产生更强的EUV或软X射线。所以本章最后,我们着重介绍了激光与固体密度等离子体相互作用产生高次谐波辐射的三种基本原理以及国内外最新的研究工作。第二章:产生相对论高次谐波辐射需要高对比度的超强激光系统,所以首先我们介绍上海交通大学激光等离子体实验室200 TW钛宝石激光系统以及搭建的等离子体镜系统。通过等离子体镜系统后,激光的对比度可以提升两个数量级。然后详细地描述了我们搭建的用于高次谐波辐射实验研究的固体靶室、靶系统以及定位系统。最后,简要地阐述了研究相对论高次谐波辐射过程中所采用的两种数值模拟方法。第三章:首先详细地介绍了我们设计与搭建的高次谐波辐射诊断系统,该系统包括超环面聚焦镜与一台平场光谱仪。利用激光器系统、靶系统以及诊断系统,开展了激光对比度对于高次谐波辐射产生影响的实验研究。我们发现只有高对比度激光才能有效产生高次谐波辐射,而在低对比度激光条件下只能获得连续的等离子体辐射。在激光小角度15?入射的情况下,高对比度激光获得了最高阶次为21阶的CWE机制主导的高次谐波辐射。之后,我们通过在主脉冲之前引入一束延时、强度都可被调控的预脉冲,研究了预等离子体密度标长对于CWE机制高次谐波产生效率的影响。实验与模拟结果表明,随着密度标长的增加,高次谐波辐射强度先增加后减小,在L=0.1λ0时高次谐波辐射的产生效率最佳。第四章:激光入射角从15?增大到40?后,实验中获得了最高阶次为47阶的ROM机制高次谐波辐射。模拟结果表明,随着激光入射角的增大,高次谐波辐射强度先增加后减小,在53?时高次谐波辐射效率最佳。然后我们开展了预等离子体密度标长对于ROM机制高次谐波产生效率影响的研究。实验与模拟研究结果表明,对于ROM机制高次谐波辐射有两个最佳的密度标长,一个值L<0.1λ0,另一个值L>0.1λ0。为了定量地解释实验与模拟结果,我们建立了一个准一维的分析模型。通过建立激光作用势与等离子体电荷分离势之间的匹配关系,该模型可以定量地计算在给定激光入射角以及强度时最佳的密度标长值。我们还发现随着激光入射角和强度的变大,较小的最佳标长值减小,较大的最佳标长值增大。第五章:提出通过改变等离子体表面形貌控制高次谐波辐射的发散角。我们通过两种预脉冲引入方式产生不同形貌的预等离子体表面分布。通过Dazzler引入了一束与主激光焦斑大小相同的预脉冲,主脉冲相当于作用在一个凸起的等离子体表面上。通过在光路中插入反射镜引入了一束焦斑远大于主激光的预脉冲,主脉冲相当于作用在了一个平面的预等离子体表面上。通过比较发现,在激光强度为1019W/cm2量级时,凸起的等离子体表面会引起高次谐波发散角显着地扩大。通过模拟我们进一步发现,当激光强度提高到1021W/cm2量级时,凸起的等离子体表面可以补偿由于光压导致的靶面形变,使高次谐波的发散角变小,并且使高次谐波强度更强。这些研究结果表明,凸起的等离子体表面不但可以有效控制高次谐波的发散角,还可以补偿高次谐波波前弯曲效应。这有利于使相对论高次谐波辐射聚焦到前所未有的强度。
谭放[2]（2020）在《基于超短超强激光的相干X射线源研究》文中研究指明电场强度达到相对论强度的激光脉冲与气体或固体相互作用时,可以在亚微米至厘米的尺度内产生能量MeV至GeV量级、脉宽飞秒至阿秒量级的电子束团。不同性质的电子束团可以在等离子体自生场、激光电磁场等不同尺度、强度的外场中偏转、振荡,产生多种具有独特性质的相干X射线辐射源,如脉宽飞秒量级的汤姆逊散射光源、脉宽阿秒量级的极紫外高次谐波源等。源尺寸极小的X射线源具有空间相干性,可以用于轻材料的相衬成像。具有时间相干性的X射线源具有极高的亮度,可以实现瞬态过程的单发动态探测。其中光子能量数十keV至数MeV的汤姆逊散射光源可以应用于轻材料的相衬成像、高Z材料的无损透射检测、激光-等离子体相互作用瞬态过程诊断及其他飞秒、皮秒尺度的超快过程探测、以及高Z元素同位素的核共振荧光激发研究等。高亮度的相干X射线源可以用于高分辨的材料全息成像、有机材料超快动态探测等。同时激光驱动产生的辐射源天然的与驱动激光时间同步,因此结合同一台激光器产生的汤姆逊散射光源以及阿秒脉冲源,可以建立时间分辨达到飞秒至阿秒量级的泵浦探测手段,为原子内部超快电子动力学、生物分子的辐照损伤机制研究、“空心原子”能量转移机制研究等基础科研领域提供前所未有的有力工具。基于激光聚变研究中心目前拥有的星光Ⅲ飞秒/皮秒/纳秒多路激光装置、SILEX-Ⅱ飞秒PW激光器、45TW重频激光器等多种激光装置,有希望建立超快辐射源综合探测平台,包含多路不同参数的超快辐射源,光子能量从极紫外至MeV可选,脉宽从飞秒至数十阿秒量级,且辐射源之间实现超高精度的时空同步。为了实现该目的,有必要对相关的辐射源产生机制进行探索,同时开展必要的实验研究。本论文主要介绍了在基于激光尾场加速的全光汤姆逊散射光源、基于纳米靶电子加速的相干汤姆逊散射光源以及基于固体靶高次谐波的阿秒脉冲源等三个方面开展的研究内容。在全光汤姆逊散射光源方面,使用蒙卡模拟工具开展了光源优化参数探索,获得了提高全光汤姆逊散射光源单色性和产额、降低发射角所需的激光和电子束参数,为后续的实验研究提供了参数优化的方向。实验研究方面,证实包含离化注入、冲击波前沿注入的混合注入机制可以极大的提升电子注入的稳定性,并结合级联加速设计,成功获得了稳定的中心能量60MeV的单能尾场电子。然后使用等离子体镜反射穿透喷气靶的激光,使其与尾场电子相互作用,并排除了干扰信号,成功获得了全光汤姆逊散射光源的信号,并对光源的能谱、产额、源尺寸进行了诊断。为了探索提高汤姆逊散射光源光子产额的途径,开展了相干汤姆逊散射光源理论和数值模拟研究,提出了一种相对论电子镜空间分布及能量调控方法:通过调节双层超薄靶间距,实现对相对论电子镜的空间分布以及电子能量的控制。通过解析模型以及PIC数值模拟,发现了在特定的电子层密度和电子能量下,高密度电子层与对向运动的激光的共振现象。并发现了一种通过在共振点附近调节激光的延时,选择性增强及抑制辐射能谱的方法。在固体靶高次谐波产生机制研究方面,使用PIC数值模拟研究了强相对论激光与纳米靶的相互作用过程,并深入分析靶上电子加速及其产生辐射的过程,提出了在靶上电荷分离场和激光电磁场共同作用下,纳米靶上电子的运动的三阶段模型。并通过研究纳米靶长度对电子初始状态及纳米电子束团形成过程的影响提出了一种基于多周期脉冲激光产生孤立阿秒脉冲的方法。
张耕[3]（2020）在《强激光与等离子体相互作用中的自聚焦研究》文中研究表明强激光（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。
王慧超[4]（2019）在《强激光驱动级联离子加速的理论与数值模拟研究》文中认为作为激光强场物理领域重要的潜在应用之一,近二十年来强激光驱动离子加速在理论与实验研究方面均取得了快速发展。与传统射频加速器相比,激光等离子体加速器具有加速梯度大、加速距离短、成本低等优点,同时它也为建设粒子对撞机提供了一种新的技术途径。特别是随着啁啾脉冲放大技术的诞生,激光强度已可以达到相对论激光强度,在此强度下电子在激光电场中的振荡速度将接近光速。同时,激光与靶相互作用中可以通过各种加热机制产生大量的超热电子,通过这些超热电子还可以实现对质子、离子的有效加速产生高能离子束。这些激光驱动的高能离子束在基础科学研究、医学、工业等领域都具有重要的应用前景,现在科研人员已提出了一系列激光驱动的离子加速机制及其改进模型以期获得高能量、高品质的离子束。迄今为止,激光驱动的离子加速机制主要包括:靶后鞘层加速（Target normal sheath acceleration,TNSA）,辐射压加速（Radiation pressure acceleration,RPA）,库仑爆炸加速（Coulomb explosion,CE）和无碰撞冲击波加速（Collisionless shock acceleration,CSA）等。然而,很多应用都对离子束的能量和品质具有一定的要求,目前激光驱动所能产生的离子束普遍来说能量还偏低且能散较大。基于上述背景,本论文以靶后鞘层加速、库仑爆炸以及辐射压加速三种离子加速机制作为切入点,通过设计相应的级联离子加速方案或采用双色激光脉冲等手段以进一步提升激光驱动的离子束能量和品质。本论文包括以下主要内容:第一章对激光技术的发展、激光等离子体相互作用的主要参数和概念、论文选题的意义以及采用的数值模拟手段即粒子模拟方法进行了简单的介绍;第二章则对一些常见的激光驱动的离子加速机制及其级联或混合加速方案进行了简单的介绍和概括。第三章研究利用超强激光脉冲与微型管相互作用来实现离子级联加速的方案,该方案能够同时提升入射离子束的能量和品质。首先我建立了两束或多束激光脉冲径向辐照微型管时所产生的静电场和静电势的描述模型。当微型管被强激光辐照时,微型管被迅速离化后管中大量自由电子将被剥离出管外。在管内,由于电子向管轴心的膨胀,管中将产生朝内的径向电荷分离场,由此可起到聚焦入射离子束的作用。而滞留的离子则形成带有正电荷的中空圆柱,这将在微型管的两个端口产生沿轴向朝外的电场可用于加速入射离子束。利用三维粒子模拟,我验证了对沿轴入射质子束的再加速。模拟中,通过控制激光脉冲与入射质子束的时间延迟,可确保质子束在轴向电场产生前进入微型管而当轴向电场较强后才出射微型管,同时在微型管中运动时感受到强度适中的径向聚焦电场,从而在这过程中质子束不仅能够获得能量增益而且其发散角也有所降低。我们发现基于库仑爆炸的这种级联离子加速方案对初始能量为100MeV的入射质子束也依然适用。最后,我还研究了利用激光脉冲沿轴向辐照微型管时库仑爆炸来实现的级联离子加速的方案,此方案也同样能对入射质子束进行纵向再加速和横向聚焦;并且具有更高的从激光到离子束的能量转换效率。第四章研究靶后鞘层加速机制,并提出基于该机制的离子级联加速方案,该方案通过利用鞘层电场的时间演化规律可实现对入射离子束的纵向尺寸压缩,从而提升多级加速后的离子束品质。当一束超短超强激光脉冲斜入射固体薄靶时,由于无碰撞加热将产生大量超热电子;部分超热电子将穿过靶向靶后的真空膨胀,从而在靶后鞘层处形成超强的电荷分离场。我们研究发现该鞘层场需要经过一段时间其峰值才能达到最大值。如果离子束在鞘层场上升阶段入射进入该鞘层场,则可以想象入射离子束的后端离子将受到比前端离子更强的加速场。因此即使一般离子束中后端离子的速度往往低于前端离子,但是当它们离开逐渐增强的靶后鞘层场后,后端离子的速度有可能反超前端离子的速度。随着离子束出射后的继续传播,原来的后端离子还将在空间位置上反超原来的前端离子。在这整个加速过程中,发现我们离子束刚好在相空间中完成了半圆周翻转。结合PIC模拟,我们发现入射离子束通过这样的在相空间中的翻转可使其纵向尺寸得到很好的控制,即离子束实现了纵向压缩。同时,我们通过多级连续的TNSA加速模拟对比了不同入射时间的两束离子束的最终品质,其中一束存在离子束相空间翻转而另一束不存在;我们发现有相空间翻转的离子束其纵向尺寸和能散都能维持在一个较低的水平,从而更适合多级级联加速;而没有发生相空间翻转的离子束虽然在第一级加速中其能散可以降低到更低的水平,但因为其纵向尺寸扩散很严重将很难实现后续的高质量级联加速。第五章研究钻孔辐射压加速机制中的横向瑞利-泰勒不稳定性的发生与演化。我们提出利用两束不同强度的双色圆偏振激光脉冲来抑制靶前表面的瑞利-泰勒不稳定性发展,其中一束为高强度高频率的主激光脉冲,另一束为相对低强度和低频率的辅助激光脉冲。理论研究发现在两束圆偏振激光脉冲的共同作用下,靶前表面能够产生局部超热电子,这些超热电子将带动并增强离子的横向扩散速度。离子的横向运动可平滑靶前表面发展起来的横向周期性结构从而在一定程度上抑制不稳定性的发展。通过二维PIC模拟,我们发现在两束圆偏振激光的共同作用下等离子体前表面结构相对平整,表面横向瑞利-泰勒不稳定性的增长率明显下降。同时,我们发现离子束相空间有着稳定的平台型结构,大量的离子被一致加速至两倍钻孔速度。此低能散的离子束能谱也反过来佐证了不同强度的双色圆偏振激光脉冲抑制横向瑞利-泰勒不稳定性的有效性。第六章是对全文内容的简单总结以及未来工作的展望。
赵前[5]（2019）在《激光驱动电子加速中的注入控制及高品质电子束产生》文中进行了进一步梳理激光驱动的等离子体尾波场能够维持数百GV/m的加速梯度,这为设计紧凑型加速器以及辐射源提供了全新的方案,因此激光尾场加速（LWFA）受到了越来越广泛的研究关注,然而现阶段LWFA仍然存在着诸多问题有待进一步研究解决。一方面,除了进一步提高电子束的能量以外,控制LWFA所产生的电子束品质,譬如提高电荷量并降低能散和发散度等,将是LWFA获得广泛应用的重要前提。在LWFA中,实现可控的尾波场电子注入过程是提高电子束品质的关键。另一方面,除了超强的加速梯度以外,与传统加速器相比LWFA还具有另一个显着的优势,即它能够产生数飞秒的超短脉冲电子束。在超短脉冲电子束广泛应用前景的驱动下,飞秒以及阿秒脉冲电子束的产生近年来吸引了人们广泛的兴趣。然而目前利用LWFA产生阿秒或亚飞秒脉冲电子束仍然面临着很大的挑战,因为这要求高度局域的尾波场电子注入。鉴于以上两方面的原因,本论文针对LWFA中的电子注入过程展开了深入研究,提出了利用外加磁场、等离子体密度梯度、径向偏振激光等手段综合调控激光尾波场结构以及电子注入过程的一系列方案;这些方案可用于产生高品质电子束或超短阿秒电子束。本论文主要研究内容可分为以下三个部分:第一部分工作中,我们提出了磁场控制的离化注入方案,利用此方案能够同时在时间和空间上控制电子的注入过程。理论分析和数值模拟证实该方案特别适合产生高电荷量、低能散的电子束。与自注入相比,离化注入所需要的激光强度和等离子体密度更低。然而,为了降低离化注入中的电子束能散,注入需要被限制在较短的距离内,这通常也将导致注入电量的减少。在这里,我们研究发现当在离化注入方案中额外施加一个横向静磁场时,会导致非线性的离化注入过程,一方面离化注入被推迟发生,另一方面峰值注入速率得到明显提升。因此,这样的非线性离化注入过程可保证电子束能散降低的同时电荷量还得到了增加。此外,非线性的注入过程能够形成梯形电荷密度分布的电子束,这种电子束自身可提供正面的负载效应,通过电子束在相空间的恰当旋转进一步降低能散。特别是当恰当地提高外加磁场后,所产生的梯形密度分布的电子束可具有更高的电量,因而能够调制出相对更均匀的加速电场,这样的均匀加速场可以保证电子束峰值能量不断增加的同时其相对能散也一起降低。这意味着,电荷密度呈梯形分布的电子束其自身可提供正面的负载效应。综上,在非线性注入与优化的电子束形状共同作用下,在离化注入的LWFA中实现了降低电子束能散的同时还提高了峰值能量以及电荷量。需要指出的是,此方案中所需要的磁场强度仅数十特斯拉,这可以利用传统的紧凑螺线管或超导磁铁产生。第二部分工作中,我们提出了通过对等离子体空泡三维结构进行调控从而控制电子注入的方案,该方案将纵向静磁场与等离子体密度下降沿注入相结合,可实现高度局域的电子注入用于产生亚飞秒超短电子束。我们研究发现施加一外加纵向静磁场后密度下降沿的电子注入过程可得到更灵活的控制。一方面,激光尾波在密度下降沿传播时其相速度会变慢,从而可引发电子注入发生;另一方面,纵向外加磁场会导致等离子体空泡底部形成密度开孔,且在密度下降沿上开孔半径将随着周围电子能量的增加而逐渐增大,这个过程会导致鞘层电子沿空泡底部附近运动的半径增加,从而抑制电子获得充分的加速,使得鞘层电子的峰值速度显着地降低,最终导致注入过程的快速停止实现高度局域的电子注入,因此可产生飞秒甚至亚飞秒的超短电子束。这种三维操控等离子体空泡的方案可在更易具备的等离子体密度梯度分布下实现,且需要的磁场强度仅约10T;所产生的飞秒、亚飞秒脉冲电子束具有高峰值电流、低能散和低发散度,因此具有广泛的应用前景。第三部分工作中,我们提出了利用径向偏振激光（RPL）产生阿秒脉冲电子束的方案。径向偏振激光与陡峭的高斯型近临界密度等离子体相互作用时,会形成一个形状和大小与激光包络相似的等离子体空泡结构。在等离子体密度梯度过渡区域会发生波破注入,产生的环形电子束可以被注入到激光脉冲的尾部并受到激光和尾波混合场的共同作用。随着等离子体空泡结构在陡峭的密度下降沿快速地演化,当环形电子束聚集到激光轴附近时,有相当一部分电子会受到很大的减速场作用而离开激光场作用区域。而当激光离开等离子体区域时,会有一小部分电子落在小于半个激光波长的加速相位而重新获得接近光速的速度,并且这部分电子会受到激光径向场的调制。最终,激光脉冲尾部的阿秒脉冲电子束将随着激光焦斑的快速发散而脱离激光场作用,形成稳定的、具有高峰值电流、低发散度的准单能高质量阿秒电子束。
魏文青[6]（2019）在《基于等离子体快门的超强激光质子加速研究》文中认为与传统射频加速器相比,超强激光驱动的离子加速装置可以在微米（μm）尺度建立TV/m的加速场,使得加速距离大大缩短,有望建成“台面式加速器”。激光加速产生的离子束源具有发射度低、脉宽短和亮度高等优点,在质子照相、癌症治疗、温稠密物质产生和离子束驱动的快点火惯性约束核聚变等方面具有重要的应用价值。因此强激光驱动的离子加速在业界引起了广泛关注,人们在高能量、高品质离子束的产生和优化方面已进行了大量的理论和实验研究。近年来,激光强度的大幅度提升和制靶技术的快速发展,使得激光与等离子体相互作用研究进入了新的阶段,为新型离子加速机制（如Break-out Afterburner,BOA和辐射压加速）和新型辐射源（如高次谐波、x射线）等的研究提供了机遇的同时,也带来了新的挑战,其中亟待解决的是激光脉冲对比度问题,其根源在于激光预脉冲制约着激光与等离子体相互作用过程。因此,本论文主要围绕如何利用超薄纳米靶作为等离子体光学快门来提升激光脉冲对比度,并同时调控预等离子体空间密度分布,进而增强质子加速和优化质子束源品质来展开。论文主要包括以下四个方面:第一部分（第一章与第二章）简要介绍激光技术的发展历程、激光与等离子体相互作用的基本理论、离子加速机制以及相关的应用。然后回顾本论文研究工作中常用的实验方法和诊断手段,此外,重点介绍了激光预脉冲对离子加速的影响以及制靶和横向探针光搭建方面的工作。第二部分（第三章与第四章）提出利用超薄纳米靶与预脉冲作用来提升激光脉冲对比度,同时调制预等离子体空间密度分布的等离子体光学快门模型。首先,对等离子体快门的性能参数,包括激光能量透过率、透射激光脉冲时间波形、光谱和相位以及等离子体快门密度分布等进行了测量和优化。研究发现,等离子体快门对透射激光脉冲前沿和光谱有整形和调制作用,其效果依赖于快门靶的厚度。当快门靶较薄（≤50 nm）时,透射激光脉冲前沿陡化,脉宽变窄,大部分激光能量透过;当快门靶变厚时,透射激光脉冲光谱发生窄化,并且从长波处强度的明显抑制逐渐向短波处转移,而激光能量透过率基本上保持在40%。在此基础上,我们将等离子体快门放置于一质子源靶前,两者之间用几十微米的真空隔开,组成双层真空间隙靶构型。与单层参考靶相比,从双层靶获得的质子束发散角明显减小、通量密度更高。该结果与使用等离子体镜后的高对比度激光脉冲驱动质子束的空间强度分布和预等离子体密度分布类似。此外,我们解释了质子束发散角减小的原因,即自发辐射放大（ASE）预脉冲强度的减弱抑制了靶后表面变形,而靶前超热电子注入角的增大又使得靶后鞘层电场的空间强度分布更平滑。这一点得到了二维流体动力学模拟和粒子（PIC）模拟的佐证。随着快门靶厚度的增大,所获得的质子束最大能量随之提高,且在我们的实验条件下,束发散角保持不变。第三部分（第五章）利用等离子体快门,在大能量拍瓦皮秒激光装置上开展增强质子加速的研究。等离子体快门的引入,显着提高了质子最大截止能量和激光到质子的能量转化效率。随着快门靶厚度的增大,质子束能谱分布被调制,逐渐从平台谱结构过渡到指数分布。我们通过靶前、靶后x射线的发射情况和二维解析模型分析了最佳质子加速发生的条件,即在主激光到来之前,第一层快门靶在预脉冲作用下刚好膨胀到第二层质子源靶的前表面。质子加速效率的提升主要归因于被等离子体快门适度调控的预等离子体密度分布。这一点得到了一维流体动力学模拟的支持。此外,也证实了等离子体快门具有一定的普适性,这种级联的薄膜靶设计可以便捷推广到其它需要高对比度的激光等离子体物理研究中。第四部分（第六章）研究在初始高对比度激光条件下,通过引入可控飞秒预脉冲来调控基于等离子体快门的质子加速过程。我们在实验中观测到了两个空间分布均匀、发散角很小的质子束斑,分别沿着靶后法线方向和激光传输方向发射,并且这两团质子各自来源于第二层质子源靶和第一层快门靶。随着飞秒预脉冲强度的增大,激光传输方向的质子束通量密度逐渐强于靶后法线方向。初步分析是因为飞秒预脉冲的增强使得靶前预等离子体的分布从高密度小尺度转变到近临界密度大尺度,进而导致由以靶后法线鞘层加速机制主导过渡到以激光传输方向的加速机制（无碰撞冲击波加速或BOA）主导。来自双层真空间隙靶的反射光空间强度分布和透过等离子体快门的激光脉冲时间波形、光谱分布间接佐证了这一解释。内在的物理则需要更深入地理论分析和进一步的实验验证。
李曜均[7]（2019）在《相对论强激光与近临界密度等离子体相互作用的质子成像研究》文中认为近年来,随着制靶技术的提升,激光与近临界密度等离子体相互作用成为热门的研究领域之一,受到了广泛关注。本文主要利用质子照相的方法,对强激光与近临界密度等离子体相互作用的动力学过程进行研究。以下是论文的主要内容:第一部分由第一章和第二章组成。第一章介绍了与本论文相关的基本概念和本研究领域的基本状况,包括了:超强超短激光技术的发展、基础等离子体理论、激光与等离子相互作用的过程、近临界密度等离子体的研究现状以及质子照相技术。第二章介绍了上海交通大学激光等离子体实验室的实验系统,包括了:200 TW激光系统、靶场系统、高密度气体靶系统、探测器以及常用的诊断方法。第二部分由第三章至第五章组成,介绍了本人在硕士阶段进行的实验研究工作。第三章介绍了基于实时诊断的质子探测系统。该系统由本人设计,为上海交通大学200 TW装置的靶室系统量身定制。利用闪烁体作为探测器,可以在高重复频率打靶实验中,对产生的质子信号进行实时诊断。相比于以往的RCF（Radiochromatic Films）堆栈探测器有着操作方便、高灵活性以及实时探测等优点。经过测试,该探测系统可以正常工作,并且在后续的实验中得以应用。第四章介绍了在上海交大200 TW飞秒激光装置上进行的激光与近临界密度等离子体相互作用的实验研究。我们利用光学阴影成像观测到了等离子体的空腔结构和丝状结构随时间的演化;利用质子探针诊断近临界密度等离子体的结构,看到质子束被电场偏折,并由实验结果反演计算出电场大小及其随时间的演化。第五章介绍了在星光Ⅲ装置上开展的进一步的实验研究,先用能谱较宽的质子探针看清了之前光学阴影成像结果中不透明区域的内部结构及其随时间的演化。然后通过改变打靶高度,对比分析了激光与不同密度等离子体相互作用过程的差异。最后尝试利用激光与烧蚀整形后的近临界密度等离子体作用,驱动离子加速。实验中加速得到了能量约2 MeV的氦离子。第三部分为第六章,是对本论文研究工作的总结以及对未来实验研究的展望。
刘梦[8]（2019）在《强激光与近临界密度靶作用中冲击波产生及离子加速的理论研究》文中认为无碰撞冲击波与天体物理中的超新星遗迹和高能宇宙射线产生等现象紧密关联。随着现代激光技术的不断发展,强激光与物质相互作用已经可以产生超过10111 bar的压强、109℃的温度以及104 T的强磁场等类似天文环境中的极端条件,这提供了在实验室中研究无碰撞冲击波的可能。另一方面,强激光在等离子体中可以产生比传统加速器高三个数量级以上的加速梯度,这为新一代粒子加速技术发展提供了机遇。高品质离子束在很多方面都有重要的应用价值,例如质子束成像、医学上的放射性治癌以及惯性约束核聚变的快点火方案等。与传统加速器产生的离子束相比,激光驱动离子束具有方向性好、脉宽短、亮度高等优点,因此激光驱动离子加速激发了人们浓厚的研究兴趣。近年来,随着高功率激光技术的发展以及制靶技术的提升,激光驱动离子加速取得了丰富的成果。靶后鞘层加速（Target-Normal-Sheath-Acceleration,TNSA）是目前实验中最主要的加速机制,通过这种加速机制已经可以产生最大截止能量约100 MeV的质子束。然而通过这种方法获得的离子束普遍具有较宽的能谱,这对于推广其在癌症治疗等对单能性要求较高的领域的应用是非常不利的。与之相比,通过激光辐射压加速则有望产生准单能性较高的离子束。根据靶厚度不同,辐射压加速可分为“钻孔”和“光帆”两种加速模式。在理论上,通过“光帆”加速机制,纳米薄膜靶可被激光持续向前推进,最终产生高能量的准单能离子束。然而,在实验中“光帆”加速要求苛刻的激光和靶条件,譬如超高对比度的圆偏振强激光脉冲等,同时加速品质受到横向不稳定性、等离子体加热等不利因素的影响。因此如何改进激光驱动的离子加速机制增强所产生离子束的品质和能量依然极具挑战性。近些年,随着制靶技术的不断进步,激光与近临界密度靶相互作用为激光等离子体加速带来了新机遇。本论文围绕激光与近临界密度靶相互作用中的无碰撞冲击波产生以及离子加速等过程开展了理论和数值模拟研究。论文主要包括以下几个方面内容:首先,我们在第一章中简述了激光技术发展、给出了激光等离子体相互作用的主要参数与特点、介绍了激光等离子体相互作用的PIC数值模拟方法。然后在第二章中回顾了激光与等离子体相互作用中几种常见的离子加速机制,包括靶后鞘层加速,光压加速以及无碰撞冲击波加速。第三章,研究了强激光与固体靶作用所产生的等离子体流相互对撞过程中冲击波的形成和演化过程。实验中利用多束激光辐照一对薄膜铜靶内侧产生对流等离子体,并在等离子体对流过程中形成了一对反向传播的无碰撞静电冲击波。通过一维粒子模拟,我们发现等离子体流的相互作用区域的边缘会产生两个稳定存在的双极静电场,离子将在这两个双极静电场的中间（下游）区域聚集,并与背景等离子体间形成密度跳变界面,从而形成冲击波。此外,模拟结果显示热压梯度进一步驱动了冲击波的动态演化。因为对流等离子体中的电子在进入到下游时会将大部分动能转化为热能,因此下游区域温度要明显高于未扰动的上游。这种情况下,冲击波处于非热平衡状态,是不稳定的。在热压力梯度的催动下,冲击波会向两侧上游传播。这些模拟结果合理地解释了对应的实验现象。第四章,研究了强激光与近临界密度靶相互作用中无碰撞静电冲击波的形成及其对离子的加速过程。虽然目前实验室主要通过激光与固体靶作用所产生的等离子体流对撞来研究无碰撞冲击波的产生机理,然而这种形式的冲击波速度普遍较低。为了产生近相对论速度的冲击波,我们建议利用强激光与大尺度的近临界密度靶相互作用。本章具体可分为以下三部分:第一,先从流体模型出发比较了离子声孤波和冲击波各自的产生条件,并以此针对如何产生高速度的无碰撞静电冲击波进行了初步的分析。第二,介绍了冲击波产生的重要判据兰金-于戈尼奥关系（Rankine-Hugoniot Relation）,用于描述冲击波上下游等离子体各参数之间的关系。第三,我们进行了一维PIC粒子模拟,发现强激光在近临界密度等离子体中所激发的冲击波速度及其加速产生的离子束能量都有显着提高,而且在近临界密度等离子体中冲击波的形成需要经过长达几十个激光周期的响应时间。更有趣的是,我们发现了反常的冲击波反射离子现象,即当冲击波上下游之间的静电势能差小于冲击波坐标系中的离子动能时仍然可发生离子反射。这是因为在近临界密度等离子体中强激光所激发的纵向准静态电场将具有剧烈的时域振荡性,此时基于完全静态电场的离子反射条件将不再适用。第五章,我们基于固体薄膜靶与密度调制的大尺度近临界密度靶相结合的复合靶构型,提出了更高效的辐射压-尾波场混合离子加速模型。在第一阶段,超短超强激光辐照薄膜靶,基于光压加速机制可将质子初步加速到较高的能量。第二阶段,这些经过初步加速的质子与激光一起进入近临界密度等离子体,并在激光尾波场中获得进一步加速。模拟发现,在近临界密度等离子体中尾波场的相速度约等于激光波前的传播速度,而后者将随着等离子体密度的减小而缓慢增加。因此当我们沿着激光传播方向恰当地降低背景等离子体密度时,就可以保证尾波场传播速度一起增加,从而显着地延长了失相时间,最终可获得更有效的尾波场离子加速。基于这套混合加速方案,我们利用脉宽10T0、峰值能量10 PW的激光脉冲可以加速产生能量达到几个GeV的准单能质子束。
蔡怀鹏[9]（2019）在《超短超强圆偏振激光与固体靶相互作用产生高次谐波的实验和模拟研究》文中提出随着激光技术的快速发展,激光与物质的相互作用已拓展至相对论范畴。利用超短超强激光与固体靶相互作用获得极紫外到软X射线波段的光源已经成为重要的研究领域。这种光源具有高亮度、高分辨、脉宽可达阿秒量级等诸多优点。根据实验和模拟研究结果,通过超短超强圆偏振激光驱动固体靶能够获得偏振性可调的极紫外光源,可以用来研究磁性材料的超快动力学过程,因而具有广泛的应用前景。本文主要对超短超强圆偏振激光与固体靶相互作用产生高次谐波开展实验和模拟研究。实验研究方面:利用上海交通大学激光等离子体实验室的200 TW钛宝石飞秒激光与熔融石英靶相互作用,研究了激光的偏振性对高次谐波产生的影响。实验结果表明在较大入射角（40°）下,圆偏振激光也能够有效地产生高次谐波辐射,其高次谐波产生效率与线偏振激光可比拟,并没有数量级上的差异。我们还通过改变预脉冲的延时量来控制靶表面的预等离子体密度标长,研究了在入射激光为圆偏振时,等离子体密度标长对高次谐波产生效率的影响。实验结果表明在一定密度标长范围内,密度标长增加时,高次谐波的产生效率是逐渐下降的。模拟研究方面:使用模拟软件OSIRIS进行了二维数值模拟。具体内容有:1.研究了激光的偏振性（线偏振和圆偏振）对高次谐波产生的影响。模拟结果表明圆偏振激光产生的高次谐波强度比线偏振激光低,但并没有数量级上的差异,与实验观察到的结果一致;2.模拟计算了在圆偏振激光条件下,激光入射角对高次谐波产生效率的影响;3.通过模拟分别研究了在线偏振与圆偏振激光条件下,等离子体密度标长对高次谐波产生效率的影响,并通过相对论振荡镜模型分析了等离子体密度标长影响高次谐波效率的原因;4.对高次谐波的偏振特性展开模拟研究,在参照实验参数条件下获得了椭圆偏振高次谐波,推测在实验中利用圆偏振激光与玻璃靶相互作用也获得了椭圆偏振高次谐波。根据模拟结果,我们有望在实验上通过椭圆偏振激光与玻璃靶相互作用获得圆偏振高次谐波。
袁韬[10]（2018）在《超强激光和固体靶作用产生正负电子对的研究》文中提出激光的发明为科学技术发展提供了强有力的研究工具。强激光与物质相互作用时,物质中的分子和原子将发生电离,整个物质形态呈现出等离子体状态,激光等离子体物理应运而生。近年来,随着激光技术的不断发展,激光等离子体领域涉及了惯性约束聚变、高次谐波辐射、电子离子加速等多个研究方向,其应用前景涉及了能源、医疗、加速器和诊断探测等。激光等离子体中物理过程的丰富多样性以及其应用前景的广泛性,使得越来越多科研工作者投入到该领域的工作中来。当激光的功率小于PW,聚焦功率密度小于1022W/cm2时,激光与靶作用主要涉及到经典多体问题、经典电动力学和电离理论。随着10PW激光器的建造和应用,量子场论也将进入激光等离子体领域。量子电动力学（QED）理论描述了电磁相互作用,是量子场论中最成熟的理论,也是目前最为精确的理论之一。量子电动力学的引入可以为激光等离子体领域解决辐射阻尼问题和新粒子的产生问题。本文利用经典电动力学和量子电动力学相结合的粒子模拟程序（PIC）研究了超强激光和固体靶相互作用中正负电子对的产生过程,主要内容分为以下三个方面:1.研究了单束10PW激光和高密度固体靶相互作用中正负电子对的产生,以及影响正负电子对产生的因素。首先,我们利用不同脉宽的线偏振激光和不同横向尺度的靶相互作用,发现当激光脉宽较小时,横向尺度接近焦斑大小的靶中能产生较多的正负电子对;当激光脉宽较大时,横向尺度较大的靶能产生较多的正负电子对。而正电子的角分布不受激光脉宽的影响,2μm的靶中产生的正电子的准直性最好。其次,我们研究同样能量的圆偏振激光和固体靶相互作用时,发现圆偏振激光驱动下正电子的产生时间和线偏振相比有了明显的推迟;当激光脉宽较小时,圆偏振中正电子的产量小于线偏振中正电子的产量;当激光脉宽较大时,两者产量相当。圆偏振激光驱动下,靶的横向尺寸对于正电子的产量影响较小。最后,我们提出了有效电子辐射标记法,并根据电子平均能量的空间分布和有效电子状态辐射信息分析得出:靶前电子由于激光偏振效应导致加热机制的不同是两者正负电子对产生过程不同的主要原因。我们根据不同的激光偏振,设计了不同靶前结构,实现了正负电子对产额的最大化。2.研究了不同偏振的超强激光和固体靶相互作用中正负电子对的产生和随后的级联效应。首先,在程序中增加了QED参数的输出和粒子的代次信息。其次,我们利用相关粒子χ值的空间分布,分析了激光偏振效应对光子数密度和正电子数密空间分布的影响,初步定性分析了次级粒子对于QED级联的贡献。发现由于QED级联效应,激光偏振影响了激光打洞过程,形成了不同的打洞深度和打洞形状。随后,根据粒子的级联代次,绘制了级联代次谱,根据级联代次谱的形状区分了强级联和弱级联过程,并且定义了级联深度。从定量角度,区分了靶电子和正负电子对对于QED过程的贡献,以及激光偏振对于QED级联过程的影响。最后,研究了在不同的激光偏振驱动下模拟维度对于正负电子对产生的影响。3.我们研究了双束相向传播的激光和薄膜固体靶相互作用中正负电子对的产生。我们首先研究了固体靶的密度对正负电子对产额的影响,通过数值模拟发现当等离子体的初始密度处于200～280nc时,正负电子对的产额最高。此时,激光能穿透等离子体形成稳定的驻波场。其次,在最优密度的条件下,我们研究了激光脉宽和频率对于正负电子对产额的影响。当激光脉宽较短时,倍频激光能较早地穿透等离子体,形成稳定的驻波场,此时正负电子对的总数目最高;当激光脉宽较长时,基频激光虽然穿透等离子体较晚,但是由于较大的矢势能将驻波场中的电子加速到更高的能量,会使得正负电子对的数目达到最高。
二、短脉冲强激光与固体靶作用在非相对论激光参数区的高次谐波（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、短脉冲强激光与固体靶作用在非相对论激光参数区的高次谐波（论文提纲范文）
（1）超短超强激光与固体靶相互作用中的高次谐波辐射研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 超短超强激光技术的发展 |
| 1.3 强激光与致密等离子体相互作用中的能量吸收机制 |
| 1.4 激光与原子、分子相互作用产生高次谐波 |
| 1.5 激光与固体密度等离子体相互作用产生高次谐波 |
| 1.5.1 相干尾波辐射机制(CWE) |
| 1.5.2 相对论振荡镜机制(ROM) |
| 1.5.3 相干同步辐射机制(CSE) |
| 1.6 本章小结 |
| 第二章 致密等离子体高次谐波的实验研究平台和数值模拟方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 200 TW飞秒激光系统 |
| 2.3 等离子体镜系统 |
| 2.4 气体与固体靶场 |
| 2.5 数值模拟方法 |
| 2.5.1 Multi-fs流体模拟程序 |
| 2.5.2 PIC粒子模拟程序 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 等离子体密度标长对于CWE高次谐波产生的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 高次谐波辐射诊断系统的设计与搭建 |
| 3.2.1 子午面和弧矢面成像系统 |
| 3.2.2 光栅以及平场光谱仪 |
| 3.3 激光对比度对于高次谐波辐射产生的影响 |
| 3.3.1 实验布局与光谱仪定标 |
| 3.3.2 激光高低对比度的实验结果比较 |
| 3.4 预等离子体密度标长对于CWE高次谐波产生效率的影响 |
| 3.4.1 预脉冲方案与参数 |
| 3.4.2 实验与模拟结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 等离子体密度标长对于ROM高次谐波产生的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 激光入射角对于高次谐波产生效率的影响 |
| 4.3 不同密度标长对于ROM高次谐波的影响 |
| 4.3.1 实验参数与预脉冲方案 |
| 4.3.2 实验结果与分析 |
| 4.3.3 2D PIC模拟验证 |
| 4.3.4 准一维分析模型 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 光学整形等离子体表面控制相对论高次谐波发散角 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验参数与等离子体表面形貌的调控 |
| 5.3 凸起等离子体表面扩大高次谐波发散角的实验结果 |
| 5.4 凸起等离子体表面控制高次谐波发散角的模拟验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 攻读学位期间申请的专利 |
（2）基于超短超强激光的相干X射线源研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 基于强激光的超快射线源介绍 |
| 1.2 课题工作的背景和意义 |
| 1.3 论文工作的主要内容和创新点 |
| 1.3.1 主要内容 |
| 1.3.2 创新点 |
| 第2章 基于超短超强激光的辐射源物理模型介绍 |
| 2.1 辐射的经典物理模型 |
| 2.1.1 带电粒子如何产生电磁波 |
| 2.1.2 多粒子辐射过程 |
| 2.2 辐射源物理模型介绍 |
| 2.2.1 基于尾场加速的辐射源 |
| 2.2.2 基于超薄靶电子加速的辐射源 |
| 2.2.3 基于高次谐波产生过程的阿秒辐射源 |
| 第3章 全光汤姆逊散射光源研究 |
| 3.1 汤姆逊散射光源的历史 |
| 3.2 全光汤姆逊散射光源参数模拟 |
| 3.2.1 线性/非线性汤姆逊散射模型确定 |
| 3.2.2 激光参数对光源参数的影响 |
| 3.2.3 电子束参数对光源参数的影响 |
| 3.3 全光汤姆逊散射光源实验研究 |
| 3.3.1 稳定的单能尾场电子产生 |
| 3.3.2 自反射全光汤姆逊散射光源建立及诊断 |
| 3.3.3 汤姆逊散射光源参数分析 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 相干汤姆逊散射光源研究 |
| 4.1 相干汤姆逊散射的背景介绍 |
| 4.2 相干汤姆逊散射相关的数值模拟研究 |
| 4.2.1 激光超薄靶电子加速中REM空间分布控制研究 |
| 4.2.2 激光超薄靶电子加速中超薄REM能量控制研究 |
| 4.2.3 REM辐射机制研究 |
| 4.3 小结 |
| 第5章 固体高次谐波光源研究 |
| 5.1 背景介绍 |
| 5.2 固体高次谐波数值模拟研究 |
| 5.2.1 孤立阿秒脉冲产生及其特性 |
| 5.3 小结 |
| 第6章 诊断技术研究 |
| 6.1 滤片伽玛谱仪技术研究 |
| 6.1.1 滤片衰减法测伽玛能谱的原理 |
| 6.1.2 滤片伽玛谱仪的实验结果 |
| 6.2 多通道伽玛成像谱仪技术研究 |
| 6.2.1 谱仪设计与测试 |
| 6.3 小结 |
| 第7章 总结及应用展望 |
| 7.1 论文总结 |
| 7.2 辐射源的应用 |
| 7.3 未来的辐射源展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（3）强激光与等离子体相互作用中的自聚焦研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 激光在高能物理中的重要应用 |
| 1.2 激光与等离子体的相互作用中的自聚焦 |
| 1.3 自聚焦的产生机制及其所涉基本理论 |
| 1.4 自聚焦的研究方法 |
| 1.5 自聚焦的研究进展 |
| 1.6 论文的主要工作 |
| 第2章 激光等离子体相互作用中的成丝过程中异常环的形成 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 理论分析 |
| 2.3 数值讨论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 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 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 超相对论激光束在等离子体中的传播 |
| 3.3 数值结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 强激光与指数衰减型欠稠密非均匀等离子体相互作用的相对论自聚焦 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 激光在等离子体中的传播 |
| 4.3 数值结果与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 周期性密度波动下激光和等离子体相互作用中的相对论自聚焦 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 等离子体中激光束传播的理论 |
| 5.3 数值结果与分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 具有周期性密度波动的碰撞等离子体中的激光束自聚焦 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 周期性密度波动等离子体中激光的传播基本理论 |
| 6.3 数值结果与讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
| 致谢 |
（4）强激光驱动级联离子加速的理论与数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 激光技术的发展 |
| 1.2 激光与等离子体重要参数 |
| 1.2.1 激光参数 |
| 1.2.2 等离子体参数 |
| 1.2.3 带电粒子在平面电磁波中的运动 |
| 1.2.4 有质动力 |
| 1.3 激光驱动离子加速的研究背景 |
| 1.3.1 离子束癌症治疗 |
| 1.3.2 惯性约束聚变的“快点火”方案 |
| 1.3.3 质子束成像 |
| 1.3.4 核物理领域 |
| 1.4 Particle-In-Cell数值模拟 |
| 1.5 本论文内容结构安排 |
| 第二章 强激光驱动离子加速 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 靶后鞘层加速 |
| 2.2.1 复合靶增强加速 |
| 2.2.2 斜入射激光 |
| 2.3 辐射压加速 |
| 2.3.1 钻孔辐射压加速 |
| 2.3.2 光帆加速 |
| 2.4 库仑爆炸加速 |
| 2.4.1 双层靶库仑爆炸 |
| 2.4.2 重离子库仑爆炸 |
| 2.5 无碰撞冲击波加速 |
| 2.5.1 离子声孤波 |
| 2.5.2 兰金-于戈尼奥关系 |
| 2.6 混合加速 |
| 2.6.1 光压-靶后鞘层混合加速 |
| 2.6.2 光压-尾波场混合加速 |
| 2.7 级联加速 |
| 2.7.1 级联靶后鞘层加速 |
| 2.7.2 级联辐射压加速 |
| 2.8 离子束品质的提升和控制技术 |
| 2.8.1 周期型结构靶的准直装置 |
| 2.8.2 电场整形技术 |
| 第三章 基于库仑爆炸机制的级联离子加速研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 库仑爆炸理论介绍 |
| 3.2.1 库仑爆炸的激光阈值 |
| 3.2.2 库仑爆炸的流体描述 |
| 3.3 激光与微型管耦合作用下的库仑爆炸加速机制 |
| 3.3.1 多束激光径向辐照微管相互作用下的库仑爆炸 |
| 3.3.2 单激光轴向辐照微管相互作用下的库仑爆炸 |
| 3.4 本章总结 |
| 第四章 基于靶后鞘层加速机制的级联离子加速研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 靶后鞘层加速机制理论介绍 |
| 4.2.1 鞘层场的形成 |
| 4.2.2 膨胀模型 |
| 4.3 靶后鞘层级联加速下的质子束纵向压缩 |
| 4.3.1 二维PIC模拟靶后鞘层场演化 |
| 4.3.2 靶后鞘层场演化调制压缩离子束纵向尺寸 |
| 4.3.3 靶后鞘层离子级联加速方案 |
| 4.4 靶后表面结构对于离子束横向聚焦的作用 |
| 4.4.1 带孔靶材对于离子束横向聚焦的作用 |
| 4.4.2 小孔直径对于横向聚焦能力的影响 |
| 4.5 本章总结 |
| 第五章 通过抑制瑞利-泰勒不稳定性提升RPA离子加速品质 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 瑞利-泰勒不稳定性理论简介 |
| 5.3 钻孔辐射压加速机制下的瑞利-泰勒不稳定性的增长 |
| 5.4 利用两束激光抑制瑞利-泰勒不稳定性并提升离子束品质 |
| 5.5 本章总结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（5）激光驱动电子加速中的注入控制及高品质电子束产生（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 相对论飞秒脉冲激光与等离子体相互作用 |
| 1.2.1 激光与气体密度等离子体作用加速电子 |
| 1.2.2 激光与固体密度等离子体作用产生阿秒电子束和阿秒光脉冲 |
| 1.3 Particle-In-Cell模拟 |
| 1.4 本论文选题依据与主要内容安排 |
| 第二章 激光尾波场加速理论与可控注入 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 非线性激光尾波的产生及电子捕获 |
| 2.2.1 一维非线性尾波 |
| 2.2.2 空泡模式的等离子体尾波场 |
| 2.2.3 非线性尾场中的电子捕获条件 |
| 2.2.4 注入电子束对尾场的负载效应 |
| 2.3 尾波场中电子注入的控制 |
| 2.3.1 密度下降沿注入 |
| 2.3.2 离化注入 |
| 2.3.3 外加静磁场控制的自注入 |
| 2.4 径向偏振激光产生阿秒脉冲电子 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 横向磁场控制离化注入产生高品质电子束 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 横向磁场中电子的捕获条件 |
| 3.2.1 横向磁场中电子的纵向捕获条件 |
| 3.2.2 横向磁场中电子的横向捕获条件 |
| 3.3 粒子模拟横向磁场中的离化注入 |
| 3.3.1 电子束负载效应辅助离化电子横向捕获 |
| 3.3.2 外加横向磁场作用下的非对称离化注入 |
| 3.3.3 外加横向磁场对电子束形状的调整 |
| 3.3.4 电子束电荷分布与能散的关联 |
| 3.3.5 磁场对电子束发散度的影响 |
| 3.4 讨论 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 纵向磁场抑制密度梯度注入产生超短脉冲电子束 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 等离子体密度梯度和纵向静磁场对等离子体空泡结构的调制 |
| 4.2.1 等离子体密度梯度对空泡相速度的调制 |
| 4.2.2 磁场诱导产生不闭合的空泡底部 |
| 4.3 数值模拟分析纵向静磁场对等离子体空泡的影响 |
| 4.3.1 空泡相速度的演化 |
| 4.3.2 纵向静磁场对尾波空泡结构的影响 |
| 4.4 通过调控等离子体空泡的三维结构实现对电子注入的控制 |
| 4.4.1 静磁场作用下的密度梯度注入 |
| 4.4.2 三维操控等离子体空泡产生亚飞秒电子束 |
| 4.4.3 改变激光焦平面位置获得低能散电子束 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 径向偏振激光与等离子体相互作用产生阿秒电子束 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 径向偏振激光场直接加速 |
| 5.2.1 径向偏振激光场 |
| 5.2.2 自由电子与相对论径向偏振激光场作用 |
| 5.3 径向偏振激光在陡峭的近临界密度等离子体中产生阿秒电子束 |
| 5.3.1 激光场与尾波场的混合注入 |
| 5.3.2 激光尾波混合场对注入电子束的筛选 |
| 5.3.3 不同初始相位条件下径向偏振激光产生的阿秒电子束 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
（6）基于等离子体快门的超强激光质子加速研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 超短超强激光技术的发展 |
| 1.3 激光与等离子体相互作用基本理论 |
| 1.3.1 等离子体的基本概念 |
| 1.3.2 激光与电子的相互作用 |
| 1.4 激光驱动的离子加速 |
| 1.4.1 靶后法线鞘层加速(TNSA) |
| 1.4.2 辐射压加速(RPA) |
| 1.4.3 无碰撞冲击波加速(CSA) |
| 1.4.4 BOA加速 |
| 1.5 激光驱动离子束的应用 |
| 1.5.1 质子照相 |
| 1.5.2 肿瘤治疗 |
| 1.5.3 温稠密物质的产生 |
| 1.5.4 快点火惯性约束核聚变 |
| 1.5.5 核物理领域 |
| 1.6 本章小结 |
| 第二章 实验方法与诊断 |
| 2.1 高功率激光装置 |
| 2.1.1 200 TW飞秒激光装置 |
| 2.1.2 SG-II-U皮秒拍瓦激光装置 |
| 2.2 激光预脉冲和脉冲对比度提升 |
| 2.2.1 激光预脉冲 |
| 2.2.2 等离子体镜 |
| 2.3 靶的制作与表征 |
| 2.4 激光等离子体诊断方法 |
| 2.4.1 离子空间强度分布:RCF堆栈 |
| 2.4.2 离子能谱:汤姆逊离子谱仪 |
| 2.4.3 横向探针光 |
| 2.4.4 其它诊断方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 等离子体光学快门的优化研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 等离子体光学快门模型 |
| 3.3 等离子体光学快门的参数测量与优化 |
| 3.3.1 激光能量透过率 |
| 3.3.2 反射光空间强度分布 |
| 3.3.3 激光脉冲的时间波形和光谱 |
| 3.3.4 等离子体快门的密度分布 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 运用等离子体快门提升激光脉冲对比度的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 双层真空间隙靶的流体模拟 |
| 4.3 质子加速验证实验 |
| 4.3.1 实验布局 |
| 4.3.2 实验结果与讨论 |
| 4.3.3 PIC模拟 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 运用等离子体快门增强质子加速的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验布局 |
| 5.3 实验结果与讨论 |
| 5.3.1 质子能谱分布随快门靶厚度的变化关系 |
| 5.3.2 质子最大能量和能量转换效率随快门靶厚度的变化关系 |
| 5.3.3 x-ray发射情况 |
| 5.4 解析模型与流体模拟 |
| 5.4.1 解析模型 |
| 5.4.2 流体模拟 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 飞秒预脉冲调控质子加速的研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验布局 |
| 6.3 实验结果与讨论 |
| 6.3.1 不同预脉冲强度对质子束空间强度分布的影响 |
| 6.3.2 不同预脉冲强度对反射光空间强度分布的影响 |
| 6.3.3 不同预脉冲强度对透射光谱的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结和展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 攻读学位期间申请的专利 |
（7）相对论强激光与近临界密度等离子体相互作用的质子成像研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 超强超短激光 |
| 1.2 基础等离子体理论 |
| 1.2.1 德拜屏蔽 |
| 1.2.2 电子等离子体频率 |
| 1.2.3 离子等离子体频率 |
| 1.2.4 离子声波 |
| 1.3 激光与等离子体相互作用 |
| 1.3.1 等离子体色散关系、群速度和相速度 |
| 1.3.2 临界密度 |
| 1.3.3 等离子体趋肤深度 |
| 1.3.4 有质动力 |
| 1.3.5 激光自聚焦 |
| 1.4 近临界密度等离子体的研究背景 |
| 1.4.1 NCD等离子体中的非线性结构 |
| 1.4.2 NCD等离子体的产生方法 |
| 1.4.3 基于NCD等离子体的离子加速 |
| 1.4.4 NCD等离子体的研究状况小结 |
| 1.5 质子照相技术 |
| 1.5.1 质子束产生方法 |
| 1.5.2 质子照相的原理和特点 |
| 1.5.3 质子照相的应用 |
| 第二章 上海交通大学的实验系统与诊断方法 |
| 2.1 200TW激光系统 |
| 2.2 靶场系统 |
| 2.3 高密度气体靶系统 |
| 2.5 诊断与探测器 |
| 2.5.1 质子探针 |
| 2.5.2 光学探针 |
| 2.5.3 RCF |
| 2.5.4 塑料闪烁体 |
| 2.5.5 核径迹探测器CR39 |
| 2.5.6 长焦显微镜头成像系统 |
| 第三章 基于实时诊断的质子探测系统 |
| 3.1 背景 |
| 3.2 质子信号实时探测系统设计 |
| 3.3 探测方案 |
| 3.3.1 闪烁体堆栈探测方案 |
| 3.3.2 闪烁体配合滤片探测方案 |
| 3.4 测试结果 |
| 3.5 小结与展望 |
| 第四章 基于上海交大200 TW装置的激光与NCD等离子体相互作用的实验研究 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 质子探针 |
| 4.2.1 实验布局 |
| 4.2.2 实验结果 |
| 4.2.3 分析与讨论 |
| 4.2.4 一维PIC模拟 |
| 4.3 光学探针 |
| 4.3.1 实验布局 |
| 4.3.2 实验结果 |
| 4.4 小结与展望 |
| 第五章 基于星光Ⅲ装置的激光与NCD等离子体相互作用的实验研究 |
| 5.1 实验目标 |
| 5.2 实验 |
| 5.2.1 第一阶:质子照相 |
| 5.2.2 第二阶段:定向离子加速 |
| 5.3 质子探针实验结果和分析 |
| 5.3.1 质子束产生及优化 |
| 5.3.2 光学探针与质子探针结果对比 |
| 5.3.3 不同时刻等离子体的演化 |
| 5.3.4 不同打靶高度对比 |
| 5.3.5 利用ns激光整形等离子体 |
| 5.4 其他诊断 |
| 5.4.1 等离子体自发光 |
| 5.4.2 离子谱仪与CR39 |
| 5.5 小结与展望 |
| 第六章 结束语 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 成果目录 |
| 致谢 |
（8）强激光与近临界密度靶作用中冲击波产生及离子加速的理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 激光技术的发展 |
| 1.2 重要参数和特征 |
| 1.2.1 激光相对论阈值 |
| 1.2.2 激光有质动力 |
| 1.2.3 电子、离子等离子体波 |
| 1.2.4 临界密度 |
| 1.3 Particle-In-Cell模拟方法 |
| 1.4 论文主要内容简介 |
| 第二章 激光驱动离子加速 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 靶后鞘层加速机制 |
| 2.3 激光辐射压加速 |
| 2.3.1 钻孔辐射压加速 |
| 2.3.2 “光帆”加速 |
| 2.4 无碰撞冲击波加速 |
| 2.4.1 实验室天体物理中冲击波的研究进展 |
| 2.4.2 激光驱动无碰撞静电冲击波加速离子的研究进展 |
| 第三章 激光与固体靶作用中无碰撞静电冲击波的形成与演化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验结果 |
| 3.3 模拟结果及分析 |
| 3.4 总结 |
| 第四章 近临界密度靶中冲击波产生及离子加速 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论介绍 |
| 4.2.1 离子声孤波和激波 |
| 4.2.2 兰金-于戈尼奥关系 |
| 4.3 近临界密度靶中无碰撞静电冲击波的形成及其对离子的加速 |
| 4.3.1 激光在近临界密度等离子体中的传播 |
| 4.3.2 无碰撞静电冲击波的形成及离子加速 |
| 4.4 总结 |
| 第五章 近临界密度靶中的激光尾场离子加速 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 理论分析 |
| 5.3 均匀近临界密度等离子体中的激光尾场加速 |
| 5.4 密度下降的背景等离子体中的激光尾场加速 |
| 5.5 激光等离子体参数的变化对光压-尾波场加速效率的影响 |
| 5.6 讨论与总结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（9）超短超强圆偏振激光与固体靶相互作用产生高次谐波的实验和模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 超短超强激光技术的发展 |
| 1.2 激光与等离子体相互作用基本参数 |
| 1.2.1 激光参数 |
| 1.2.2 等离子体参数 |
| 1.3 高次谐波研究概况 |
| 1.3.1 气体高次谐波 |
| 1.3.2 固体高次谐波 |
| 1.4 高次谐波的应用 |
| 第二章 高次谐波产生机制 |
| 2.1 相干尾场辐射(CWE) |
| 2.2 相对论振荡镜机制(ROM) |
| 2.3 两种机制的比较 |
| 2.3.1 截止频率 |
| 2.3.2 激光强度的影响 |
| 2.3.3 等离子体密度标长的影响 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 超短超强激光与固体靶相互作用产生高次谐波辐射的实验研究 |
| 3.1 实验系统 |
| 3.1.1 200 TW激光系统 |
| 3.1.2 等离子体镜系统 |
| 3.1.3 靶室系统 |
| 3.1.4 平场光谱系统 |
| 3.2 激光偏振性对高次谐波产生效率影响的实验研究 |
| 3.3 等离子体密度标长对高次谐波产生效率影响的实验研究 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 高次谐波产生的数值模拟研究 |
| 4.1 PIC模拟 |
| 4.1.1 数值模拟简介 |
| 4.1.2 PIC模拟方法的优势和局限 |
| 4.1.3 PIC模拟程序 |
| 4.1.4 模拟参数设置 |
| 4.2 激光偏振性对高次谐波产生效率的模拟研究 |
| 4.3 圆偏振激光条件下入射角对高次谐波产生效率的影响 |
| 4.4 等离子体密度标长对高次谐波产生效率的影响 |
| 4.4.1 线偏振激光条件下等离子体密度标长对高次谐波产生的影响 |
| 4.4.2 圆偏振激光条件下等离子体密度标长对高次谐波产生的影响 |
| 4.5 圆偏振激光条件下高次谐波偏振特性的模拟研究 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 成果目录 |
（10）超强激光和固体靶作用产生正负电子对的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 经典辐射与辐射阻尼 |
| 1.2.1 辐射阻尼效应的特征时间 |
| 1.2.2 辐射阻尼的简单推导 |
| 1.2.3 经典LAD和 LL辐射阻尼方程 |
| 1.2.4 量子辐射阻尼 |
| 1.3 量子场论与重整化 |
| 1.3.1 二次量子化 |
| 1.3.2 微扰展开和重整化 |
| 1.4 QED理论在激光等离子体中的应用 |
| 1.4.1 QED-PIC模拟 |
| 1.4.2 伽玛光子辐射 |
| 1.4.3 激光等离子体中的正负电子对产生 |
| 1.5 论文主要内容简介 |
| 第二章 10PW激光和固体靶相互作用中正负电子对的产生 |
| 2.1 靶的横向尺寸对正负电子对产生的影响 |
| 2.1.1 模拟参数 |
| 2.1.2 正电子的产生和发射 |
| 2.1.3 靶的横向尺寸的参数扫描 |
| 2.2 激光偏振效应对正负电子对产生的影响 |
| 2.2.1 激光偏振对靶的横向尺度的响应 |
| 2.2.2 BW过程中的有效电子 |
| 2.2.3 靶前结构的优化 |
| 2.3 总结和讨论 |
| 第三章 激光和固体靶相互作用中的QED级联 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 EPOCH代码的修改和模拟参数的设置 |
| 3.3 激光偏振对于光子和正负电子对空间分布的影响 |
| 3.4 QED参数和有效电子辐射标记法 |
| 3.5 激光偏振对于级联发展的影响 |
| 3.6 维度效应和弱级联过程 |
| 3.7 讨论和总结 |
| 第四章 双激光与固体靶相互作用下正负电子对的产生 |
| 4.1 相对论透明区域正负电子对产生的增强 |
| 4.2 参数设置 |
| 4.3 相对论透明效应和靶密度的最优参数 |
| 4.4 激光的频率和脉宽 |
| 4.5 总结和讨论 |
| 第五章 总结 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 展望 |
| 附录A EPOCH代码的发展 |
| A.1 引言 |
| A.2 框架文件 |
| A.3 粒子信息 |
| A.4 场点信息 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
四、短脉冲强激光与固体靶作用在非相对论激光参数区的高次谐波（论文参考文献）
- [1]超短超强激光与固体靶相互作用中的高次谐波辐射研究[D]. 高健. 上海交通大学, 2020(01)
- [2]基于超短超强激光的相干X射线源研究[D]. 谭放. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [3]强激光与等离子体相互作用中的自聚焦研究[D]. 张耕. 桂林理工大学, 2020(01)
- [4]强激光驱动级联离子加速的理论与数值模拟研究[D]. 王慧超. 上海交通大学, 2019(06)
- [5]激光驱动电子加速中的注入控制及高品质电子束产生[D]. 赵前. 上海交通大学, 2019(06)
- [6]基于等离子体快门的超强激光质子加速研究[D]. 魏文青. 上海交通大学, 2019(06)
- [7]相对论强激光与近临界密度等离子体相互作用的质子成像研究[D]. 李曜均. 上海交通大学, 2019(06)
- [8]强激光与近临界密度靶作用中冲击波产生及离子加速的理论研究[D]. 刘梦. 上海交通大学, 2019(06)
- [9]超短超强圆偏振激光与固体靶相互作用产生高次谐波的实验和模拟研究[D]. 蔡怀鹏. 上海交通大学, 2019(06)
- [10]超强激光和固体靶作用产生正负电子对的研究[D]. 袁韬. 上海交通大学, 2018(01)