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1 超短脉冲强激光与等离子体相互作用基础&余玮1

1.1 引言3

1.2 强激光与等离子体相互作用的理论基础4

1.2.1 电子运动方程4

1.2.2 电磁场方程5

1.2.3 基本方程组6

1.3 平面激光场中的单电子理论6

1.3.1 真空中的平面激光脉冲6

1.3.2 平面激光场中的自由电子7

1.3.3 平面激光场中的电离电子9

1.4 电子对激光的散射10

1.4.1 “平均静止”运动11

1.4.2 “平均静止”电子对激光的散射12

1.4.3 运动电子对激光的散射14

1.5 聚焦激光场中电子运动16

1.5.1 聚焦激光脉冲在真空中的传播16

1.5.2 电子净能量增益17

1.6 等离子体对激光脉冲的响应19

1.6.1 按照激光频率对基本方程的展开19

1.6.2 低密度等离子体的出发方程21

1.7 激光尾波场激发21

1.7.1 一维尾场理论22

1.7.2 二维尾场理论24

1.7.3 离子运动对尾场激发的影响26

1.8 激光在低密度等离子体中的传输28

1.8.1 傍轴波动方程29

1.8.2 稳态等离子体30

1.8.3 电子空腔31

1.8.4 连续等离子体中的光能吸收31

1.9 等离子体中的激光导引32

1.9.1 等离子体的自聚焦效应32

1.9.2 激光自导引33

1.9.3 等离子体通道的激光导引34

1.10 激光与稠密等离子体相互作用35

1.10.1 稠密密度等离子体中的出发方程35

1.10.2 Airy函数解36

1.10.3 共振吸收38

1.11 相对论激光引发的强场效应41

1.11.1 电子密度台阶41

1.11.2 相对论因子41

1.11.3 密度台阶出现时的激光吸收42

1.12 强激光辐照固体靶的一维模型43

1.12.1 线偏振激光垂直入射43

1.12.2 p偏振激光斜入射46

参考文献48

2 气体高次谐波与阿秒产生&曾志男 李儒新51

2.1 强场气体高次谐波的基本原理53

2.1.1 强场相互作用53

2.1.2 电离机制56

2.1.3 高次谐波产生的理论模型58

2.1.4 高次谐波产生过程的数值计算方法64

2.1.5 高次谐波的实验研究66

2.2 阿秒脉冲的产生技术74

2.2.1 谐波相位与阿秒脉冲77

2.2.2 单个阿秒脉冲的产生78

2.2.3 阿秒脉冲的色散补偿84

2.3 阿秒脉冲的测量技术86

2.3.1 阿秒脉冲的自相关测量86

2.3.2 阿秒脉冲的互相关测量87

2.4 高次谐波与阿秒脉冲的应用92

2.4.1 优良的相干软X射线光源93

2.4.2 复合成像94

2.4.3 超快泵浦-探测技术95

2.4.4 阿秒脉冲在不同领域的应用前景98

2.5 强场高次谐波的驱动激光技术102

2.5.1 锁模超短脉冲104

2.5.2 高能量周期量级激光脉冲的产生108

2.5.3 光参量放大技术113

2.5.4 载波包络相位116

参考文献128

3 飞秒激光在空气中的成丝传输&鲁欣 奚婷婷143

3.1 飞秒激光大气传输的物理机制145

3.1.1 引言145

3.1.2 基本传输方程147

3.1.3 飞秒激光成丝的物理模型148

3.1.4 高阶非线性效应151

3.2 飞秒激光成丝过程中的物理现象158

3.2.1 光丝核心与低强度背景之间的能量交换159

3.2.2 多光丝的形成159

3.2.3 超连续辐射160

3.2.4 三次谐波162

3.2.5 光丝相互作用166

3.3 光丝参数的诊断方法169

3.3.1 光丝的直径和长度169

3.3.2 光丝电子密度的测量173

3.4 激光参数对成丝模式的影响189

3.4.1 初始聚焦对光丝性质的影响189

3.4.2 飞秒激光长距离自由传输形成的光丝189

3.4.3 预聚焦成丝和自由传输成丝的对比研究192

3.4.4 紧聚焦飞秒激光产生的光丝193

3.5 光丝寿命的延长195

3.5.1 光丝的时间演化196

3.5.2 延长光丝寿命的实验研究197

3.6 飞秒激光大气传输的应用前景205

3.6.1 激光引雷205

3.6.2 激光遥感210

3.6.3 空气等离子体太赫兹辐射源215

3.6.4 激光人工增雨雪216

3.6.5 其他相关应用218

3.6.6 小结218

3.7 总结219

参考文献219

4 强激光驱动新型辐射源&陈黎明229

4.1 激光驱动硬X射线源231

4.1.1 超热电子产生机制232

4.1.2 硬X射线基本产生过程234

4.1.3 激光驱动X射线源的研究现状235

4.2 激光驱动的K壳层X射线源237

4.2.1 能谱优化的超热电子的产生237

4.2.2 基于固体靶的KαX射线源254

4.2.3 基于原子团簇的K壳层X射线源260

4.3 激光驱动准直X射线源271

4.3.1 激光等离子体电子加速274

4.3.2 原子团簇的betatron辐射287

4.3.3 准直γ射线源294

4.4 X射线诊断和应用296

4.4.1 X射线探测系统296

4.4.2 X射线成像应用317

参考文献318

5 强激光驱动离子加速&沈百飞 张晓梅323

5.1 引言325

5.2 靶后鞘层离子加速326

5.2.1 概述326

5.2.2 靶后鞘层加速的基本理论327

5.2.3 激光对比度对靶后鞘层加速的影响329

5.2.4 改进型靶后鞘层加速330

5.2.5 利用靶后鞘层加速机制产生准单能离子束334

5.3 光压加速336

5.3.1 圆偏振激光与固体靶相互作用的基本理论336

5.3.2 光压加速的打孔阶段339

5.3.3 重离子加速方案343

5.3.4 光压加速的光帆阶段346

5.3.5 光压加速中的不稳定性356

5.3.6 实验进展369

5.4 强激光驱动尾场质子加速371

5.4.1 自注入方式372

5.4.2 光压和空泡联合加速376

5.5 其他加速机制379

5.5.1 无碰撞静电激波加速379

5.5.2 库仑爆炸385

5.5.3 BOA机制388

5.5.4 质子束驱动尾场质子加速390

5.5.5 其他方案391

5.6 总结与展望393

参考文献395

6 强激光驱动超热电子产生及应用&李玉同 蔡洪波401

6.1 引言403

6.2 超短脉冲强激光在高密度等离子体中的吸收和超热电子的产生405

6.2.1 碰撞吸收406

6.2.2 鞘层逆轫致吸收和反常趋肤效应407

6.2.3 共振吸收408

6.2.4 真空加热410

6.2.5 J×B加热411

6.2.6 参量不稳定性导致的吸收412

6.2.7 随机加速413

6.2.8 超热电子转换效率和温度定标关系413

6.3 准静态超强磁场产生及其对超热电子输运的影响416

6.3.1 等离子体通道中的自生磁场417

6.3.2 特殊结构靶产生界面磁场对强流电子束输运的影响418

6.3.3 强流电子束发散角的产生原因422

6.3.4 束流不稳定性对强流电子束输运的影响423

6.4 强电子束流激发的次级物理过程及其应用前景426

6.4.1 电子加速426

6.4.2 离子源427

6.4.3 新型超快X射线源430

6.4.4 基于等离子体的新型太赫兹源432

6.5 超热电子的诊断方法435

6.5.1 探测器的选择436

6.5.2 逃逸电子的诊断437

6.6 激光聚变快点火442

6.6.1 国内外物理实验研究发展现状与发展趋势分析446

6.6.2 国内外物理模拟研究发展现状与发展趋势分析448

6.6.3 快点火过程中的成道现象451

6.6.4 强流电子束的产生及其面临的困难456

6.6.5 强激光与锥靶相互作用457

6.6.6 强流电子束的输运460

6.6.7 强流电子束的能量沉积462

6.6.8 我国目前在快点火方面的研究进展462

6.7 结语和发展趋势466

参考文献467

索引477