一、激光脉冲与等离子体相互作用中高次谐波的产生（论文文献综述）
鲁瑜[1]（2021）在《强激光驱动电子加速、辐射和正电子产生研究》文中进行了进一步梳理得益于激光技术的不断进步,特别是发明了啁啾脉冲放大（CPA）技术之后,人们可以在实验室产生激光强度高达1022W/cm2,脉冲仅几十飞秒的超短超强激光脉冲。这种相对论强度的飞秒激光脉冲一直是高能物理、等离子体物理和基础物理研究领域发展的重要推动因素。当峰值强度达到1018W/cm2的激光脉冲与等离子体相互作用时,电子会在瞬间被加速到超高能量,达到相对论速度,导致强非线性物理现象的出现,如激光相对论自聚焦、相对论透明、非线性调制、激光尾波场加速和高次谐波的产生等。近年来,全世界各地建立起来的大型激光装备都将目标瞄准为10-100 PW(1 PW=1015W)的激光脉冲,对应峰值强度在1023-1024W/cm2量级。在如此高的强度下,激光与等离子体相互作用进入近量子电动力学（QED）研究领域,电子处于极端相对论的高能状态,这会产生诸如相对论随机性、辐射捕获/辐射阻尼效应、高能γ光子辐射、正负电子对产生和QED级联等新物理现象,还会产生电子、（?）介子和π介子以及相对应的反粒子等正负粒子对,甚至可能会在未来的实验中发现超标准模型中的新粒子等。这些极端强度下的激光与等离子体相互作用为物理研究带来了新的机遇与挑战。本文前两章主要综述了激光与等离子体相互作用的基本物理原理和QED效应,分别阐述了产生高能γ光子辐射和正负电子对等离子体的物理过程和基本构型,后两章对强场条件下激光与等离子体相互作用中的QED效应,诸如高能电子加速、辐射、辐射捕获和正电子产生等非线性过程做了细致研究和深入讨论。在众多的物理效应中,辐射阻尼效应引起了物理学家们的广泛关注。当激光强度接近1022W/cm2时,相对论电子辐射的高能γ光子的反作用力会变得非常重要,即辐射阻尼（Radiation Reaction,RR）力,其大小可以与激光脉冲的有质动力相抗衡,因此电子动力学会发生很大的变化。在本文第三章中,我们通过粒子模拟程序（Perticle-in-cell）,理论证实了激光脉冲的极化对近临界密度等离子体的电子运动及其伴随的辐射有重要影响。由于RR力和自生磁场的箍缩作用,圆极化（Circle Polarization,CP）激光脉冲中心捕获的电子要比线性极化（Linear Polarization,LP）激光脉冲多。同时,在LP情况下,辐射出的γ光子的角分布具有“双峰”结构的特征;而在CP情况下,电子沿激光传播方向轴向运动,γ射线也沿着正向出射。这些现象上的差异可以作为辐射捕获效应的直接标志,在即将建成的10拍瓦（PW）激光装置上进行实验验证。另一方面,超相对论激光强度下的正负电子对的产生也是近几十年来高能物理和等离子体物理研究的热点之一。目前利用超强激光与固体相互作用是获得高能量密度正负电子对的一种有效手段。本文第四章我们研究了通过增强电子注入由圆偏振激光脉冲驱动的薄膜靶来产生丰富的正负电子对的物理方案。模拟中,我们使用的激光脉冲聚焦强度为1023W/cm2。研究表明,激光光压推动薄膜靶中心作为一个整体向前加速,而两侧激光电磁场通过薄膜靶的边界并被前方的碳靶反射;薄膜靶中被加速的电子注入到碳靶表面,和被碳靶反射的激光对撞,显着增强了非线性康普顿散射辐射的γ光子。最后,我们获得平均能量为14.48 Me V的γ光子,大于1 Me V的光子总数目1014个,并且激光到γ射线的总能源转换效率高达18%。同时产生了包含约1011个正电子,平均能量为160 Me V,最大密度达到6nc（nc为等离子体临界密度）。如此稠密的具有等离子体集体效应的电子束可以广泛应用于实验室天体物理在PW激光装置中开展相关实验,对未来进行高能加速器物理（如正负电子对撞、γ-γ对撞）和强场超快物理等研究也具有一定借鉴价值。
高健[2]（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》文中研究说明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。
付悦[3]（2020）在《微纳光电材料的三阶非线性光学性质及等离子体高次谐波研究》文中研究说明随着激光技术的日益提高,基于非线性光学理论的研究逐渐趋于完善,有关非线性光学材料的研究也引起了科学家越来越多的关注。开发和研究具有更强的非线性光学效应的材料对激光器、光调制器和光开关等光电器件的发展和应用具有重要价值。无论贵金属还是金属化合物都会由于其纳米结构导致的量子尺寸效应而具有与块体材料不同的非线性光学性质,因此金属及金属化合物纳米材料的性质引起了科研人员的浓厚兴趣,对于开发微纳光电器件的重要也日益显现出来。同时金属及金属化合物与强场激光相互作用的非线性光学性质丰富了科学发展的领域。当高强度飞秒激光脉冲与激光烧蚀产生的等离子体相互作用时,由于高阶非线性极化而产生高次谐波现象。在本论文中,我们利用Z扫描技术、泵浦探测技术对贵金属金纳米粒子,硫化银量子点以及有机无机杂化和全无机钙钛矿薄膜三类典型的微纳光电材料的非线性吸收和非线性折射性质依托飞秒,皮秒以及纳秒脉冲激光进行了系统的分析。利用激光烧蚀三类材料产生等离子体诱导高次谐波发射,并对其产生的高次谐波现象和产生机制进行了分析讨论。具体研究工作包括以下几个方面:1.系统研究了粒径尺寸对金纳米粒子三阶非线性光学性质的影响。通过控制还原剂的用量制备出不同尺寸的金纳米粒子悬浮液,并对样品进行了基本表征。随着纳米粒子尺寸的增加,吸收峰出现明显的红移。通过Z扫描技术研究了金纳米粒子溶液粒径与非线性吸收和非线性折射的变化关系。随着入射能量的变化,金纳米粒子在800 nm波段因其产生的反饱和吸收而产生光限幅效应,光限幅阈值为2μJ。这一现象说明金纳米粒子可以在眼睛防护,脉冲整形和主动锁模等方面有很好的应用前景。同时,烧蚀金纳米粒子产生的等离子体羽流的高次谐波发射产生了25阶的强谐波,谐波强度比块体材料在相同实验条件下高五倍,证明金纳米粒子是有效的产生高次谐波的靶材。2.系统研究了小尺寸量子点（QDs）分散液及量子点构成的薄膜的非线性光学特性。我们制备了平均尺寸为4 nm,溶液浓度为0.375 mg ml-1和0.125 mg ml-1的硫化银（Ag2S）QD分散液,研究了在800 nm和400 nm波段,200 ps和60 fs脉冲下的非线性光吸收和非线性光折射特性,同时研究了脉冲宽度对分散液的正负非线性折射系数的影响。Ag2S QD含量较低的分散液在800 nm,60 fs下,入射光能量为0.82.5μJ范围内表现出光限幅效应。研究了Ag2S QD分散液在400 nm,60 fs下的载流子动力学,研究表明,主要的动力学过程为电子-声子和声子-声子相互作用,其对应弛豫时间常数分别为1.7和6.9 ps。3.制备了均匀的80和500 nm Ag2S QD薄膜,并利用开孔及闭孔Z扫描研究了薄膜厚度对非线性光学特性的影响。与Ag2S QD分散液样品相比,Ag2S QD薄膜的非线性光学系数增强了三到六个数量级。在400 nm,30 fs激发下研究了80 nm和500 nm薄膜的瞬态吸收,经拟合计算两种薄膜的衰减时间分别为150和245 fs。在烧蚀Ag2S QD薄膜产生的等离子体中发现了高次谐波生成,阶次达到23阶。通过对QD的等离子体扩散动力学进行分析,优化加热脉冲和驱动脉冲之间的时间延迟,提高了谐波转换效率。4.系统研究了有机无机杂化钙钛矿和全无机钙钛矿（MAPbX3,X=Cl,Br,I）薄膜的非线性光学性质。首先对MAPbI3薄膜进行了基本表征,之后制备了具有倍增效应的光电探测器并对其光电性质进行了表征。利用800 nm,40 fs下的开孔Z扫描发现MAPbCl3和MAPbBr3薄膜的非线性吸收过程主要为双光子吸收,非线性吸收系数β分别为（1.5±0.4）×10-8 cm W-1和（5±1.2）×10-8 cm W-1,而MAPbI3薄膜主要为饱和吸收,饱和吸收强度为8×1011 W cm-2,非线性吸收系数为（5±1.2）×10-7 cm W-1。我们还优化了全无机钙钛矿（CsPbX3）薄膜制备方法,在400 nm,35 fs下对前驱体溶液及薄膜的非线性吸收和非线性折射进行了研究。5.对强激光场驱动下烧蚀有机无机杂化钙钛矿MAPbCl3单晶的等离子体高次谐波进行研究,产生了23阶的高次谐波发射。同时,为更好的理解多原子靶材产生高次谐波的机制,对制备单晶所用的MACl,PbCl2粉末和MACl/PbCl2等量混合粉末分别进行了高次谐波研究。通过调控加热激光和驱动激光脉冲之间的时间延迟,对含有多粒子等离子体产生高次谐波机制进行了分析探讨。
韩嘉鑫[4]（2020）在《少周期空间非均匀场下的原子高次谐波发射》文中进行了进一步梳理强激光与物质相互作用会产生一系列新奇的物理现象。在众多新奇的物理现象中,高次谐波一直以来备受人们关注。其独特的平台结构特征,是产生超短孤立阿秒脉冲的绝佳途径。目前,影响阿秒光脉冲应用的一个限制是其强度太低,无法实现阿秒泵浦阿秒探测。为此,人们提出多种方案来优化阿秒脉冲的产生,如多色场方案,相位匹配优化方案等。其中,利用强激光与金属纳米材料产生的空间非均匀场产生高强度超短孤立阿秒脉冲成为人们研究的热点。本文通过数值求解含时薛定谔方程方案,系统地研究了激光与金属纳米材料作用产生的非均匀场作用下的谐波发射,产生了优化的强度较高的孤立阿秒脉冲,具体研究内容包括:利用FDTD计算得到空间非均匀场,在此基础上进行拟合得到驱动光场。利用该光场与原子相互作用,研究了原子处于不同空间位置下的谐波发射过程,发现当靶原子与金属纳米结构间距为8nm时,可以得到高效率的连续谐波光谱。在此基础上利用啁啾效应,通过调控驱动激光脉冲的啁啾参数,获得了谱带宽度较宽谐波效率更高的连续谐波光谱,进而产生了高强度脉宽相对更窄的孤立阿秒脉冲。由于不同的金属纳米结构与激光脉冲相互作用产生的空间非均匀场的增强效果是不同的,因此我们进一步系统地研究了不同的金属纳米结构的组合对高次谐波产生过程的影响。通过对比激光脉冲分别与单个金尖纳米结构,单个圆柱纳米结构,双金尖纳米结构二聚体,双圆柱纳米结构二聚体,金尖-圆柱纳米结构二聚体五种金属纳米结构相互作用下产生的高次谐波以及对双圆柱纳米结构二聚体,金尖-圆柱纳米结构二聚体情况下合成的孤立阿秒脉冲,发现在非对称结构金尖-圆柱纳米结构二聚体情况下我们会得到高强度脉宽相对更窄的孤立阿秒脉冲。
胡理想[5]（2019）在《拉盖尔—高斯激光驱动超短电子脉冲的产生、加速及其应用研究》文中提出随着超快物理的发展,人们在飞秒时间尺度内实时观测了物质中原子和分子的运动。随着研究的深入,人们期待能在阿秒时间尺度内观测和控制原子内部状态。高品质的超短电子脉冲,促进了超快技术的不断发展。虽然传统加速器可以把电子加速到很高能量,但由于注入器技术及束团拉伸效应的限制,它很难产生脉宽低于百飞秒（10-1515 s）的超短电子脉冲。伴随激光技术的不断进步,特别是调Q技术、激光锁模技术和啁啾脉冲放大技术,激光脉宽从纳秒（10-99 s）缩短到飞秒量级,峰值功率也从兆瓦（106 W）提高到了拍瓦量级（10155 W）。目前,激光的峰值强度已经超过了10222 W/cm2。由于超短超强激光的脉宽通常在几十飞秒,它与物质的相互作用在超短电子脉冲的产生上具有天然优势。超短超强激光的产生也把激光与物质的相互作用推向相对论研究范畴,此时激光场中的相对论电子动力学占据了主导地位。由等离子体中相对论带电粒子运动所驱动的光学过程,即所谓的“相对论等离子体光学”,极大地促进了超快物理和紧凑辐射源的发展。这种超短高能电子脉冲在电子衍射、电子光谱学、四维电子成像和自由电子激光等领域具有巨大的应用潜力,并能促进脉宽低至阿秒量级的超短X/γ射线辐射源的产生。在上述应用领域,产生具有窄能谱、小发散角、大电荷量的飞秒甚至阿秒电子脉冲是至关重要的。为了获得高品质的超短电子脉冲,科学家们付出了大量的努力。但由于高斯激光的横向有质动力及电荷间的库仑排斥力,产生的电子脉冲很快发生横向发散,持续时间短（<50飞秒）、发散角较大（>20?）、密度较低（远远小于电子临界密度）,从而阻碍了超短电子脉冲在各领域的潜在应用。目前,高品质超短电子脉冲的产生仍然是一项极具挑战性的课题。为了解决这项困扰人们多年的难题,本文通过理论分析和数值模拟提出了采用拉盖尔-高斯激光与微型靶相互作用来产生高品质超短电子脉冲的新方案。本文的主要内容如下:第一,系统地研究了超强拉盖尔-高斯激光场中的非线性电子动力学。在线偏振拉盖尔-高斯激光场中,由于横向受力不平衡,电子发生剧烈振荡,并逐渐远离激光场中心区域。此时,激光纵向和横向电场分量相互竞争,持续把电子加速到近百MeV。在左旋圆极化拉盖尔-高斯激光场中,电子在横向上受力平衡,从而被约束在光轴附近。在纵向电场（Ex<0）的加速下,电子的失相率R减小到接近于零,导致电子在纵向上被锁相。此时,激光纵向电场在电子加速中占据主导地位,激光的角动量也传递给了电子。在右旋圆极化拉盖尔-高斯激光场中,由于不能保持受力平衡,电子将沿着y方向和z方向向外漂移。在此过程中,激光横向电场分量在电子加速中占据主导地位。该工作为研究超强拉盖尔-高斯激光与丝靶或雨滴靶相互作用提供了较坚实的理论基础。第二,详细地研究了超强拉盖尔-高斯激光脉冲与丝靶相互作用动力学,提出了产生高品质阿秒电子脉冲的新物理方案。当超强拉盖尔-高斯激光辐照到丝靶后,从丝靶左端周期性地拉出环形电子脉冲。在激光径向电场的作用下,环形电子脉冲被紧紧地束缚在靶表面附近,并沿着丝靶稳定地传输。同时,丝靶表面激发了超强电子回流,它感应出的角向磁场对靶内带电粒子有极强的箍缩作用。离开丝靶右端后,环形电子脉冲的发散角逐渐降低,并汇聚成稠密的阿秒电子脉冲。在纵向电场的作用下,电子被持续加速到超过100 MeV的能量。此时,激光的角动量也被有效地传递给电子脉冲。本方案产生的稠密超短电子脉冲的结构十分稳定,在传播300飞秒后依然能够保持结构完整。通过调节激光和靶参数,例如激光的手征性、强度、束腰半径以及丝靶的长度和半径,可以进一步优化电子脉冲的品质。该方案产生的高品质电子脉冲具有大电荷量、高角动量、低发散角、窄能谱且结构稳定的特征,有利于其在各领域的广泛应用。第三,研究了圆极化拉盖尔-高斯激光驱动雨滴靶产生稠密相对论电子镜的动力学过程。在激光径向电场的作用下,表面电子被拉出雨滴靶,在离开靶后逐渐聚焦并形成了稠密相对论电子镜。此时,相对论电子镜被囚禁在激光横向有质动力形成的势阱中,并被激光纵向场持续加速到超过100 MeV的能量。三维数值模拟表明,产生的相对论电子镜具有大电荷量、窄能谱和高角动量。该方案降低了对激光强度和瞄准精度的要求,提高了实验可行性,为相对论电子镜应用于产生超亮X/γ射线辐射源和形成光子涡旋等领域研究提供了有益参考。第四,创新性地提出了利用少周期圆极化拉盖尔-高斯激光脉冲产生孤立阿秒脉冲的方案。通过合理地改变载波相位和激光强度,能够有效控制电子脉冲在拉盖尔-高斯激光场中的锁相位置。当载波相位ψ0∈（π,3π/2）时,产生了结构稳定的孤立阿秒电子脉冲。靶后设置的高密度碳靶,对驱动激光脉冲进行反射,并通过非线性康普顿散射,产生了脉宽为300阿秒（10-1818 s）、最大光子能量为45 MeV的孤立阿秒γ射线脉冲。该方案产生的孤立阿秒脉冲将在阿秒物理的许多研究领域具有潜在应用,如阿秒光电子光谱学、亚原子分辨率四维成像和合成光场操控电子等。
张冲[6]（2020）在《氙二聚物、水团簇和水云系统的强光电离》文中研究表明物质系统的强光电离是光与物质相互作用过程中的一类重要现象,该现象体现了物质世界内部蕴藏的丰富结构。本文主要讨论包括从微观原子分子、团簇到宏观水介质、液滴再到大尺度水云的物质系统的强光电离过程。研究了原子和分子的强光电离过程。考虑到范德瓦尔斯二聚物强光电离在强场物理中的重要意义,研究了超短超强激光电离氙原子及其二聚物时光电子的动量分布和能量分布。研究发现了氙二聚物强光电离的光电子动量或能量分布相比原子电离的光电子分布在直接出射电子区域（小于9.1 e V）还存在电离抑制现象。而且当光强变化时该抑制电离均存在,但电离抑制区间会随光强的增加向高能光电子区域移动。建立了包含离子态的多电子原子强场近似理论,而后建立了二能级双心量子干涉理论,解释了上述电离抑制现象。研究表明,氙二聚物光电子能量分布的抑制电离由双心量子干涉引起,且通过干涉项cos2（R·p/2）调制。与此同时,分子离子Xe2+的终止态大概率布局于自旋耦合态I（1/2）u上,此态主要由电离二聚物分子中的σu轨道电子形成。研究发现,双心量子干涉的干涉特征不仅取决于分子HOMO轨道的对称性,还取决于组成分子轨道的原子轨道的性质,且双心量子干涉效应可以受到离子叠加态中本征态间跃迁的影响。团簇的强光电离过程相比分子的电离过程可能展现出额外的物质迁移现象,考虑到水团簇强光电离的重要意义以及二聚水质子转移时间尺度测量的缺乏,研究了孤立水分子和二聚水的强光电离。在二聚水一阶电离的飞行时间谱中,证实了（H2O）2+的微秒级长寿命。在二阶电离的库伦爆炸通道内同时发现了质子化产物H3O+和OH+以及非质子化产物H2O+。研究发现了质子化产物占比异常偏低的原因为质子转移的时间延迟效应。最终,通过强光电离实验结合强光隧穿理论得到的快速质子转移的时间尺度为31±5 fs。测量结果和多个分子动力学计算结果存在良好的吻合。和微观体系的强光电离不同,宏观连续介质电离后将产生高密度的激光等离子体。本文构建了激光等离子体瞬态耦合方程组。利用该理论模型研究了激光等离子体和激光光场的时空演化。利用瞬态耦合模型计算得到的光学击穿阈值,能量损耗比例可以和实验测量结果定量地对比。计算结果表明皮秒激光诱导的等离子体在发展过程中会出现逆着光场传输的方向移动的现象,且移动速度随激光光强的增加而增加。此外还讨论了激光等离子体的膨胀、激光等离子体对光场的反作用和激光等离子体生成时的能量转化问题。液滴相比连续水介质将会存在额外的边界,水云由大量不同粒径的液滴构成。借助上述激光等离子体模型计算了单个液滴的激光光场及其自产生等离子体的时空演化,研究了液滴光学击穿过程的非线性光吸收。研究表明,由于云滴的类透镜作用和腔体结构,其击穿阈值不足无界水介质的1/6。本文还证明了实际水云中各个液滴的光学击穿过程是相互独立的。研究了水云的非线性吸收阈值,若光强低于此阈值,水云对激光光场的吸收微弱;反之若超过此阈值则大量的激光能量可以沉积在水云中。本文的研究结果可为强场和阿秒物理学、分子结构探测、EUV激光器、DNA功能、含水化学反应、激光等离子体应用、激光眼科医学、激光大气传输和激光干预天气系统等研究课题提供参考。
刘苹,张以辉,董全力[7]（2019）在《激光等离子体相互作用下高次谐波特性研究》文中认为相对论激光与等离子体相互作用中形成的纳米电子束在强激光场中的相干同步辐射是产生相干极紫外线和X射线辐射的独特方式.相对论激光脉冲的宽度和等离子体的各种参数决定了产生单个阿秒脉冲还是阿秒脉冲串.在激光脉冲持续时间只有少数几个光学周期下,其载波包络相位对阿秒脉冲有重要影响.通过控制载波包络相位在合适的范围,可以得到孤立阿秒脉冲.除了驱动激光的载波包络相位,等离子体密度分布梯度和等离子体厚度也会影响阿秒脉冲的特性.
蔡怀鹏[8]（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》文中研究说明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。
刘苹[9]（2018）在《激光等离子体相互作用下高次谐波的产生及其特性研究》文中研究表明超短激光脉冲,顾名思义,是由它的持续时间的极短性以及峰值功率的极强性特点而被人们所熟知。它在物理、化学、生物以及交叉科学领域都得到了广泛的应用,并且取得了一些令人瞩目的成绩。对于仅含有少数光学周期持续时间的超短激光脉冲,载波包络相位（Carrier-Envelope-Phase,CEP）作为一个重要参数,其非线性过程受到激光与等离子体相互作用（Laser-Plasma Interaction,LPI）的影响。CEP在超短激光脉冲中如何发挥其相关特性以及如何获得并运用成为当今现代光学研究中的一个重要课题。本论文采用PIC数值模拟的方法,分析了CEP在LPI过程中对高次谐波的产生（High Harmonic Generation,HHG）以及特性的影响,具体主要内容如下:利用LPIC++程序模拟LPI,可以观察到三种不同机制的阿秒脉冲（Attosecond Pulse,AP）辐射,它们分别是相干尾波辐射（Coherent Wake Emission,CWE）,相对论振荡镜辐射（Relativistic Oscillating Mirror,ROM）,相干同步辐射（Coherent Synchrotron Emission,CSE）。在激光强度0a（27）1时,可以在等离子体靶内产生CWE辐射;而当激光强度0a（29）1时,则有可能产生ROM和CSE辐射,具体则与等离子体表面的集体电子有关。如果在等离子体表面形成超致密的纳米电子团簇则产生相干同步辐射,由此产生的光谱特性更加平缓,进而在反射方向上形成巨大的AP辐射。而由ROM产生的高次谐波的频谱特性满足指数为-8/3的幂律。因此在本文中,我们对这三种机制的区别与联系分别进行了介绍。高次谐波在时域中以阿秒脉冲串（Attosecond Pulse Train,APT）的形式辐射。其中由纳米电子束形成的CSE是产生相干极紫外（XUV）和X射线辐射的独特方式,我们可以通过调节激光和等离子体的参数得到AP或APT。AP不仅可以在激光反射方向产生,而且还可以在激光传输方向上产生。在超短激光脉冲中,激光脉冲的相位也影响等离子体表面电子的运动,进而影响高次谐波的产生。因此在这篇文章中,我们主要探讨了CEP对AP产生的影响。通过控制CEP在合适的范围,可以得到孤立AP。另外我们还模拟了其它参数（等离子体梯度尺度L和等离子厚度h）对AP产生的影响。在非线性光学领域中,超快光学作为一门与时俱进的学科,不断被人们认识和发展。在我们的工作中,在超强激光范围的脉冲与稠密等离子体相互作用下探讨了集体电子的有关特性,以及超短激光脉冲的CEP如何影响HHG,以及如何选取合适的CEP范围获得高亮度的AP提出了相应的方案,这对超快光学的发展在某种程度上具有一定的研究价值。
聂赞[10]（2018）在《基于激光等离子体相互作用的超短超强中红外光的产生》文中研究说明超短超强中红外光在超快化学、强场物理及阿秒科学等领域有不可替代的应用价值,近几年来该领域的研究逐渐受到越来越多的关注。然而由于传统激光晶体及非线性晶体的限制,长期以来超短超强中红外光源（特别是长波红外光源）始终是超快激光技术领域的一大挑战。本文针对这一困境,另辟蹊径从激光等离子体角度入手,在国际上首次提出并实验验证了一种基于等离子体“光子减速”机制产生相对论光强、波长可调谐的单周期长波红外脉冲新方案。该方案的实现,将填补长期以来该波长范围内超快超强光源的空白,为阿秒科学、强场物理等众多前沿科学带来全新机遇。本论文主要研究内容包括:论文系统阐述了激光等离子体相互作用中频率下移（光子减速）的基本原理。基于一维非线性尾场理论,推导出超短脉冲激光在等离子体尾场中光子减速的速率表达式,并求出达到最优中红外光输出所需要的激光脉宽及等离子体长度等参数。在此理论基础上,提出利用特殊设计的等离子体结构高效率地产生相对论光强、波长可调谐的单周期长波红外光的方案。该方案基于普通的超短脉冲激光在特殊等离子体结构中的光子减速过程。等离子体结构由压缩段、转化段及输出段三部分组成。通过三维PIC模拟,验证了方案的正确性。基于此方案的新型光源具有载波包络相位锁定、波长可调谐等特性,且具有高度的可行性。为了实验验证提出的理论方案,论文发展了基于气体四波混频的XFROG方法,用来测量超短超宽带中红外脉冲。首先基于双色成丝的原理在空气中产生了用于测试的低能量超短中红外脉冲。然后通过XFROG方法对该中红外脉冲进行测量,并反解出中红外脉冲的完整信息,将其与棱镜光谱仪的测量结果对比,验证了XFROG方法测量超短超宽带中红外脉冲的正确性及可行性。最后,利用XFROG测量方法,在国际上首次实验验证了基于特殊等离子体结构产生相对论光强、单周期长波红外脉冲的方案。实验中通过刀片覆盖一小部分喷嘴的方式产生了与理论方案接近的等离子体结构。然后利用该等离子体结构与普通的钛宝石超短脉冲激光相互作用产生了中心波长约9.4μm,脉宽（FWHM）约33 fs的单周期长波红外脉冲,且达到相对论光强。另外,通过激光及等离子体参数的改变展示了红外波长在4-15μm范围内可调谐输出。
二、激光脉冲与等离子体相互作用中高次谐波的产生（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、激光脉冲与等离子体相互作用中高次谐波的产生（论文提纲范文）
（1）强激光驱动电子加速、辐射和正电子产生研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 超短超强激光的产生:啁啾脉冲放大技术 |
| 1.2 超短超强激光与物质相互作用 |
| 1.2.1 激光与等离子体相互作用的基本概念 |
| 1.2.2 激光与低密度等离子体相互作用 |
| 1.2.3 激光与稠密等离子体(固体)相互作用 |
| 1.3 带电粒子加速 |
| 1.4 辐射阻尼与QED效应 |
| 1.5 研究方法 |
| 第二章 强场条件下的γ光子辐射和正负电子对产生 |
| 2.1 γ光子辐射和正负电子对产生的物理机制 |
| 2.1.1 超强激光驱动的γ光子辐射 |
| 2.1.2 基于强激光的正负电子对产生机制 |
| 2.2 强场条件下占主导的非线性QED效应 |
| 2.3 γ光子辐射和正负电子对产生方案 |
| 2.3.1 多束激光碰撞模型 |
| 2.3.2 单束激光与等离子体飞镜 |
| 第三章 激光偏振对近临界密度等离子体中电子动力学和光子辐射的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 物理模型与参数 |
| 3.3 电子运动和光子辐射特征分析 |
| 3.3.1 电子动力学与辐射阻尼力 |
| 3.3.2 γ光子的辐射与角分布 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 通过电子注入薄膜靶增强正负电子对产生 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 激光驱动薄膜靶的辐射压加速 |
| 4.3 二维模拟和结果分析 |
| 4.3.1 物理模型和模拟参数 |
| 4.3.2 辐射压加速下的电子动力学 |
| 4.3.3 高亮γ射线和稠密正负电子对产生 |
| 4.4 进一步讨论 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（2）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 |
（3）微纳光电材料的三阶非线性光学性质及等离子体高次谐波研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 非线性光学原理 |
| 1.2.1 非线性吸收 |
| 1.2.2 非线性光折射 |
| 1.2.3 光限幅作用机理 |
| 1.3 微纳光电材料特性及其光学非线性研究进展 |
| 1.3.1 金纳米粒子 |
| 1.3.2 硫化银半导体量子点 |
| 1.3.3 卤化金属钙钛矿 |
| 1.4 高次谐波产生的原理及研究进展 |
| 1.4.1 三步模型 |
| 1.4.2 高次谐波的研究进展 |
| 1.5 本论文的研究意义及主要工作 |
| 1.5.1 本论文的研究意义 |
| 1.5.2 本论文的主要工作 |
| 第2章 非线性光学特性测量技术及实验系统 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 Z扫描实验技术 |
| 2.2.1 Z扫描实验装置 |
| 2.2.2 Z扫描方法测试非线性吸收率 |
| 2.2.3 Z扫描方法测试非线性折射率 |
| 2.3 泵浦探测实验简介 |
| 2.4 光限幅实验简介 |
| 2.5 激光等离子体相互作用产生高次谐波的实验装置 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 金纳米粒子尺寸效应的非线性光学性质及等离子体高次谐波 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 金纳米粒子的制备及基本特性表征 |
| 3.2.1 金纳米粒子的制备 |
| 3.2.2 金纳米粒子的基本特征表征 |
| 3.3 尺寸对金纳米粒子非线性光学的影响 |
| 3.3.1 非线性吸收研究 |
| 3.3.2 非线性折射研究 |
| 3.4 金纳米粒子的光学限制作用 |
| 3.5 金纳米粒子薄膜的载流子超快动力学研究 |
| 3.6 金纳米粒子的等离子体高次谐波研究 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 硫化银量子点的非线性光学性质及等离子体高次谐波 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 材料制备与表征 |
| 4.2.1 样品制备 |
| 4.2.2 基本表征 |
| 4.3 Ag_2S QD超快动力和光学非线性 |
| 4.3.1 Ag_2S QD分散液光学非线性 |
| 4.3.2 Ag_2S QD薄膜光学非线性 |
| 4.3.3 超快动力学及光限幅 |
| 4.4 Ag_2S QD薄膜的高次谐波 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 卤化钙钛矿薄膜的光学非线性性质和等离子体高次谐波 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 有机无机杂化卤化钙钛矿薄膜的制备,表征及电学性质 |
| 5.2.1 有机无机杂化钙钛矿薄膜的制备 |
| 5.2.2 基本表征 |
| 5.2.3 有机无机钙钛矿探测器的制备 |
| 5.2.4 钙钛矿光电探测器的性能表征 |
| 5.3 全无机钙钛矿薄膜的制备及基本表征 |
| 5.3.1 全无机钙钛矿薄膜的制备 |
| 5.3.2 基本表征 |
| 5.4 钙钛矿的光学非线性 |
| 5.4.1 有机-无机杂化钙钛矿的光学非线性 |
| 5.4.2 全无机钙钛矿的光学非线性 |
| 5.5 MAPbCl_3 单晶的高次谐波 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本论文的总结 |
| 6.2 本论文的创新点 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）少周期空间非均匀场下的原子高次谐波发射（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 强激光技术的发展 |
| 1.2 原子在强激光场中的电离 |
| 1.3 高次谐波的产生 |
| 1.4 空间非均匀场下高次谐波的产生 |
| 1.5 阿秒脉冲的研究进展 |
| 1.6 本文研究内容 |
| 第二章 理论模型和计算方法 |
| 2.1 激光场与原子相互作用下的含时薛定谔方程 |
| 2.2 原子势模型 |
| 2.3 空间非均匀场和啁啾脉冲 |
| 2.4 劈裂算符法求解含时薛定谔方程 |
| 2.5 虚时演化法求解初始波函数 |
| 2.6 小波变换方法 |
| 第三章 啁啾效应对空间非均匀场下高次谐波发射的影响 |
| 3.1 空间非均匀场模型 |
| 3.2 啁啾脉冲对空间非均匀场下高次谐波的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 不同纳米结构产生的空间非均匀场下高次谐波的发射 |
| 4.1 谐波发射在不同纳米结构诱发场下的研究进展 |
| 4.2 不同空间非均匀场增强下的谐波发射 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 攻读硕士期间取得的成果 |
| 致谢 |
（5）拉盖尔—高斯激光驱动超短电子脉冲的产生、加速及其应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 传统电子加速器 |
| 1.1.1 传统电子加速器概述 |
| 1.1.2 传统电子加速器的局限 |
| 1.2 激光等离子体电子加速器 |
| 1.2.1 超短超强激光技术的发展 |
| 1.2.2 激光等离子体电子加速器的兴起 |
| 1.3 超短电子脉冲的典型应用 |
| 1.3.1 次级粒子的产生 |
| 1.3.2 相对论电子镜产生 |
| 1.3.3 自由电子激光 |
| 1.4 本文研究方法和内容框架 |
| 1.4.1 理论建模 |
| 1.4.2 粒子模拟 |
| 1.4.3 数据可视化 |
| 1.4.4 主要研究框架 |
| 第二章 激光场中单电子运动理论 |
| 2.1 单粒子在激光场中运动方程的理论求解 |
| 2.1.1 平面电磁波中运动方程的求解 |
| 2.1.2 线极化平面波中的运动 |
| 2.1.3 圆极化平面波中的运动 |
| 2.1.4 粒子静止坐标系中的运动 |
| 2.1.5 紧聚焦激光场中的运动 |
| 2.2 单粒子程序的开发 |
| 2.2.1 物理量的无量纲化 |
| 2.2.2 电磁场的求解 |
| 2.2.3 单粒子的推动 |
| 2.2.4 程序的初始化 |
| 2.3 经典算例 |
| 2.3.1 线极化平面波中的电子动力学 |
| 2.3.2 圆极化平面波中的电子动力学 |
| 2.3.3 时间形状为sin2的平面波中的电子动力学 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 超强拉盖尔-高斯激光场中的电子动力学 |
| 3.1 相对论拉盖尔-高斯激光的产生 |
| 3.1.1 螺旋相位板法 |
| 3.1.2 等离子体全息法 |
| 3.1.3 受激拉曼背向散射技术 |
| 3.2 拉盖尔-高斯激光的特征及应用 |
| 3.2.1 轨道角动量 |
| 3.2.2 纵向电场分量 |
| 3.2.3 横向有质动力 |
| 3.3 拉盖尔-高斯激光场中的电子动力学 |
| 3.3.1 线偏振拉盖尔-高斯激光场中的电子动力学 |
| 3.3.2 左旋圆极化拉盖尔-高斯激光场中的电子动力学 |
| 3.3.3 右旋圆极化拉盖尔-高斯激光场中的电子动力学 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 拉盖尔-高斯激光驱动产生高品质阿秒电子脉冲列 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 理论模型和模拟结果 |
| 4.2.1 阿秒电子脉冲的产生 |
| 4.2.2 阿秒电子脉冲的传输 |
| 4.2.3 阿秒电子脉冲的约束 |
| 4.2.4 阿秒电子脉冲的加速和锁相 |
| 4.2.5 激光角动量的传递 |
| 4.3 激光和靶参数的影响 |
| 4.3.1 圆极化激光的手征性 |
| 4.3.2 激光强度 |
| 4.3.3 激光束腰半径 |
| 4.3.4 丝靶的长度和半径 |
| 4.3.5 激光的时间波形 |
| 4.4 实验中的潜在问题 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 拉盖尔-高斯激光驱动雨滴靶产生稠密相对论电子镜 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 相对论电子镜的理论基础 |
| 5.2.1 相对论电子镜 |
| 5.2.2 反射电磁波振幅的求解 |
| 5.2.3 相干汤姆逊散射 |
| 5.3 模拟结果及其讨论 |
| 5.3.1 物理模型及参数设置 |
| 5.3.2 相对论电子镜的形成 |
| 5.3.3 相对论电子镜的加速 |
| 5.3.4 激光角动量的传递 |
| 5.3.5 离子密度随时间的演化 |
| 5.4 激光和靶参数的影响 |
| 5.4.1 激光强度的影响 |
| 5.4.2 激光模式的影响 |
| 5.4.3 雨滴靶半径的影响 |
| 5.4.4 激光预脉冲的影响 |
| 5.4.5 激光偏离靶心的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 孤立阿秒电子和γ射线脉冲的产生 |
| 6.1 电子在纵向电场中的锁相模型 |
| 6.2 孤立阿秒电子脉冲的产生 |
| 6.2.1 孤立电子脉冲的形成 |
| 6.2.2 电子脉冲的三维特征 |
| 6.3 孤立阿秒γ射线的产生 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（6）氙二聚物、水团簇和水云系统的强光电离（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 物质系统强光电离的研究进展 |
| 1.2.1 原子分子的强场物理进展 |
| 1.2.2 水团簇强光电离的研究进展 |
| 1.2.3 强光作用水介质和液滴分散系进展 |
| 1.3 本文的主要工作 |
| 2 原子分子强光电离的基本理论 |
| 2.1 多光子电离和隧穿电离 |
| 2.2 阈上电离 |
| 2.2.1 经典再散射模型 |
| 2.2.2 量子解释和强场近似理论 |
| 2.3 强光诱导的分子共振增强电离和分子定向排列 |
| 2.4 多光子电离的量子电动力学解释 |
| 3 超短超强激光作用稀有气体原子及其二聚物的电离过程 |
| 3.1 强光作用原子和分子主要区别 |
| 3.2 光电子动量的测量 |
| 3.2.1 反应显微镜系统 |
| 3.2.2 超快激光系统 |
| 3.2.3 微通道探测器 |
| 3.3 光电子动量的计算 |
| 3.4 强场电离氙原子及其二聚物的光电子动量分布 |
| 3.5 光电子能量分布 |
| 3.6 光电子能量分布和光场强度的关联 |
| 4 多电子原子强场近似理论和双心量子干涉 |
| 4.1 多电子原子强场近似理论 |
| 4.2 双心量子干涉模型 |
| 4.3 双心量子干涉模型计算得到光电子分布和测量结果对比 |
| 4.4 双心量子干涉与激光光场的依赖关系 |
| 4.4.1 激光强度的影响 |
| 4.4.2 光场极化方向的影响 |
| 4.4.3 光场载波相位包络的影响 |
| 4.4.4 激光脉宽的影响 |
| 4.4.5 激光波长或分子离子能级差的影响 |
| 4.5 强场致分子电离物理图景的几点讨论 |
| 4.5.1 先前理论的观点和研究困境 |
| 4.5.2 量子干涉调制项 |
| 4.5.3 离子叠加态的演化 |
| 4.5.4 光场驱动的离子能级跃迁与双心干涉之间的关系 |
| 5 二聚水的强光电离和质子转移 |
| 5.1 水分子的强场电离 |
| 5.2 二聚水的强光电离 |
| 5.2.1 电离过程的测量 |
| 5.2.2 二聚水的一阶电离 |
| 5.3 质子转移 |
| 5.3.1 库伦爆炸和二聚水电离的飞行时间关联谱 |
| 5.3.2 质子化通道 |
| 5.3.3 非质子化通道和分子间库伦驰豫 |
| 5.3.4 电离后的动能释放 |
| 5.4 质子转移的时间尺度 |
| 6 激光等离子体瞬态耦合模型 |
| 6.1 从量子系统到宏观系统的演变 |
| 6.2 宏观水的电离进程 |
| 6.3 水介质的强光电离机制 |
| 6.3.1 多光子电离 |
| 6.3.2 隧穿电离 |
| 6.3.3 雪崩电离 |
| 6.3.4 液态水的分步电离模型 |
| 6.4 速率方程理论:激光等离子体的生成 |
| 6.5 主导机制的讨论 |
| 6.6 强光在透明电介质中的传输 |
| 6.7 激光等离子体瞬态耦合方程组 |
| 6.8 激光等离子体和激光光场的瞬态时空演化 |
| 6.8.1 脉宽的影响 |
| 6.8.2 激光等离子体的膨胀 |
| 6.8.3 激光等离子体的逆向移动 |
| 6.8.4 等离子体对光场的反作用 |
| 6.9 能量转化问题 |
| 6.10 与激光等离子体实验的对比 |
| 7 液滴分散系的强光电离 |
| 7.1 单个液滴的光学击穿阈值 |
| 7.2 强激光作用液滴产生的等离子体及其附近光场的时空演化 |
| 7.3 单液滴的非线性光吸收 |
| 7.3.1 激光光强的影响 |
| 7.3.2 液滴粒径的影响 |
| 7.4 双液滴的强光电离和多液滴光致击穿的独立性讨论 |
| 7.5 强光场与积云层云等水云的相互作用 |
| 7.5.1 水云的粒径分布函数及其数学特征 |
| 7.5.2 水云的非线性光吸收 |
| 7.5.3 光致击穿时光场在水云中的传输距离 |
| 7.6 非线性光吸收与光散射之间的比较 |
| 8 总结与展望 |
| 8.1 总结 |
| 8.2 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
（7）激光等离子体相互作用下高次谐波特性研究（论文提纲范文）
| 1 PIC模拟参数 |
| 2 载波包络相位的谐波特性 |
| 3 纳米电子束的相干同步辐射 (CSE) |
| 4 最佳CEP范围的选择 |
| 5 其他参数对孤立的阿秒脉冲的影响 |
| 6 结论 |
（8）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 |
（9）激光等离子体相互作用下高次谐波的产生及其特性研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 激光技术的研究背景 |
| 1.1.1 超短激光技术的现状 |
| 1.1.2 阿秒脉冲的最新进展 |
| 1.2 激光CEP的研究 |
| 1.3 论文选题的背景、主要工作及意义 |
| 第2章 激光等离子体理论基础 |
| 2.1 基本方程 |
| 2.2 斜入射的基本方程 |
| 2.2.1 基本原理 |
| 2.2.2 PIC代码 |
| 2.3 一维粒子模拟程序及计算结果 |
| 2.4 等离子体粒子模拟 |
| 2.4.1 粒子模拟方法 |
| 2.4.2 粒子模拟方法的基本过程 |
| 2.4.3 求解粒子运动方程 |
| 2.4.4 求解电磁场 |
| 2.4.5 求解电荷密度和电流密度 |
| 第3章 高次谐波的产生 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 HHG在超临界等离子体边界的物理图像 |
| 3.3 三种高次谐波模型的产生 |
| 3.3.1 相干尾波辐射(CWE) |
| 3.3.2 相对振荡镜辐射(ROM) |
| 3.3.3 相干同步辐射(CSE) |
| 第4章 CEP与阿秒脉冲的产生 |
| 4.1 模拟参数 |
| 4.2 载波包络相位(CEP)对相干同步辐射的影响分析 |
| 4.2.1 模拟数据处理方法-S变换 |
| 4.2.2 不同CEP的谐波特性 |
| 4.2.3 CSE高次谐波产生的典型特例 |
| 4.3 纳米电子束的形成与辐射 |
| 4.4 辐射强度与CEP的变化 |
| 4.5 其他参数对孤立的AP的影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（10）基于激光等离子体相互作用的超短超强中红外光的产生（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 超短超强中红外光研究现状 |
| 1.2.1 CO_2激光 |
| 1.2.2 光参量啁啾脉冲放大 |
| 1.2.3 差频产生 |
| 1.2.4 双色成丝 |
| 1.2.5 小结 |
| 1.3 超短超强中红外光应用 |
| 1.3.1 超快光化学 |
| 1.3.2 超快动力学 |
| 1.3.3 高次谐波产生 |
| 1.4 激光等离子体研究背景 |
| 1.5 论文组织结构 |
| 第2章 超短超强中红外脉冲产生理论及模拟 |
| 2.1 光子减速基本原理 |
| 2.2 粒子模拟简介 |
| 2.3 超强单周期长波红外脉冲产生新方案 |
| 2.3.1 压缩段 |
| 2.3.2 转化段 |
| 2.3.3 输出段 |
| 2.3.4 载波包络相位特性 |
| 2.3.5 波长可调谐性 |
| 2.3.6 方案可行性 |
| 2.4 中红外光源设计思路 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 超短超强中红外脉冲产生初步实验 |
| 3.1 实验平台及布局 |
| 3.2 激光参数测量 |
| 3.3 等离子体源 |
| 3.3.1 等离子体密度离线测量 |
| 3.3.2 等离子体密度在线测量 |
| 3.4 超强中红外光的产生 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 超短超宽带中红外脉冲测量 |
| 4.1 中红外测量简介 |
| 4.2 互相关频率分辨光学开关法 |
| 4.2.1 FROG算法 |
| 4.2.2 FROG误差 |
| 4.3 自参考光谱干涉法 |
| 4.4 基于气体四波混频的XFROG |
| 4.5 实验方案 |
| 4.5.1 基于双色成丝的中红外脉冲产生 |
| 4.5.2 XFROG测量 |
| 4.5.3 参考光脉冲测量 |
| 4.6 XFROG测量结果及分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 超强单周期长波红外脉冲产生实验 |
| 5.1 100TW激光实验平台 |
| 5.2 实验架设 |
| 5.3 激光参数测量 |
| 5.3.1 驱动光参数测量 |
| 5.3.2 参考光参数测量 |
| 5.4 等离子体结构的产生 |
| 5.4.1 Solidworks流体模拟 |
| 5.4.2 等离子体密度离线测量 |
| 5.5 红外光与参考光的同步 |
| 5.5.1 空间同步 |
| 5.5.2 时间同步 |
| 5.6 红外光传输效率标定 |
| 5.7 单周期长波红外脉冲产生与测量 |
| 5.7.1 实验准备流程 |
| 5.7.2 实验主要思路 |
| 5.7.3 脉冲压缩最佳参数的确定 |
| 5.7.4 刀片前后位置扫描 |
| 5.8 XFROG行迹图基本信息分析 |
| 5.9 单周期长波红外脉冲反解 |
| 5.9.1 不同波长四波混频效率修正 |
| 5.9.2 不同波长传输效率修正 |
| 5.9.3 红外能量推算 |
| 5.10 PIC模拟对比 |
| 5.11 波长可调谐红外脉冲输出 |
| 5.11.1 更短波长红外脉冲输出 |
| 5.11.2 更长波长红外脉冲输出 |
| 5.12 中红外光源输出参数空间讨论 |
| 5.13 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文成果总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 中红外棱镜光谱仪标定 |
| A.1 棱镜光谱仪架设及标定 |
| A.2 棱镜光谱仪优化 |
| 附录B 等离子体结构密度分布离线测量 |
| B.1 干涉法 |
| B.2 波前探测法 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
四、激光脉冲与等离子体相互作用中高次谐波的产生（论文参考文献）
- [1]强激光驱动电子加速、辐射和正电子产生研究[D]. 鲁瑜. 国防科技大学, 2021(02)
- [2]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)
- [3]微纳光电材料的三阶非线性光学性质及等离子体高次谐波研究[D]. 付悦. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(08)
- [4]少周期空间非均匀场下的原子高次谐波发射[D]. 韩嘉鑫. 吉林大学, 2020(08)
- [5]拉盖尔—高斯激光驱动超短电子脉冲的产生、加速及其应用研究[D]. 胡理想. 国防科技大学, 2019
- [6]氙二聚物、水团簇和水云系统的强光电离[D]. 张冲. 南京理工大学, 2020(01)
- [7]激光等离子体相互作用下高次谐波特性研究[J]. 刘苹,张以辉,董全力. 烟台大学学报(自然科学与工程版), 2019(02)
- [8]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)
- [9]激光等离子体相互作用下高次谐波的产生及其特性研究[D]. 刘苹. 鲁东大学, 2018(12)
- [10]基于激光等离子体相互作用的超短超强中红外光的产生[D]. 聂赞. 清华大学, 2018(06)