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利用激光离焦的方法优化超强激光驱动的质子加速

郑君 徐妙华 李玉同 刘峰 张翼 林晓宣 王首钧 王兆华 盛政明 魏志义 张杰 孟立民 李英骏

利用激光离焦的方法优化超强激光驱动的质子加速

郑君, 徐妙华, 李玉同, 刘峰, 张翼, 林晓宣, 王首钧, 王兆华, 盛政明, 魏志义, 张杰, 孟立民, 李英骏
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  • 在中国科学院物理研究所"极光Ⅱ 号"飞秒激光装置上,对激光与薄膜靶相互作用产生的靶后质子束特性进行了实验研究.结果发现,在主脉冲前存在较强的飞秒预脉冲的情况下,通过适当地对激光束散焦,可以使质子束的转换效率提高3 个数量级,并同时改善质子束的准直性.分析表明,激光散焦的方法可以有效地抑制预脉冲的流体力学效应对质子加速的负面影响,从而提高质子的转换效率.此外,粒子模拟还发现,散焦量增大时可以产生更多的中低能超热电子,这也有利于建立高质量的质子加速电场.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:10720101075,10925421,10974250,10935002),国家自然科学基金青年科学基金(批准号:10905092),国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB815102),国家高技术惯性约束聚变委员会、中央高校基本科研业务费专项资金资助的课题.
    [1]

    Borghesi M, Bigongiari A, Kar S, Macchi A, Romagnani L, Audebert P, Fuchs J, Toncian T, Willi O, Bulanov S V, Mackinnon A J, Gauthier J C 2008 Plasma Phys. Control. Fusion 50 124040

    [2]

    Teng J, HongW, Zhao Z Q, Wu S C, QinX Z, He Y L, GuY Q, DingY K 2009 Acta Phys. Sin. 58 1635 (in Chinese) [滕 建、洪 伟、赵宗清、巫顺超、秦孝尊、何颖玲、谷渝秋、丁永坤 2009 物理学报 58 1635]

    [3]

    Naumova N, Schlegel T, Tikhonchuk V T, Labaune C, Sokolov I V, Mourou G 2009 Phys. Rev. Lett. 102 025002

    [4]

    Dyer G M, Bernstein A C, Cho B I, Osterholz J, Grigsby W, Dalton A, Shepherd R, Ping Y, Chen H, Widmann K, Ditmire T 2008 Phys. Rev. Lett. 101 015002

    [5]

    Fourkal E, Velchev I, Fan J, Luo W, Ma C M 2007 Med. Phys. 34 577

    [6]

    Hegelich B M, Albright B J, Cobble J, Flippo K, Letzring S, Paffett M, Ruhl H, Schreiber J, Schulze R K, Fernández J C 2006 Nature 439 441

    [7]

    Chen M, Pukhov A, Yu T P, Sheng Z M 2009 Phys. Rev. Lett. 103 024801

    [8]

    Henig A, Steinke S, Schnurer M, Sokollik T, Hörlein R, Kiefer D, Jung D, Schreibe r J, Hegelich B M, Yan X Q, Meyer-ter-Vehn J, Tajima T, Nickles P V, Sandner W, Habs D 2009 Phys. Rev. Lett. 103 245003

    [9]

    Xu M H, Li YT,Yuan X H, Yu Q Z, Wang S J, ZhaoW,Wen X L, Wang G C, JiaoC Y, He Y L, Zhang S G, Wang X X, Huang W Z, Gu Y Q, Zhang J 2006 Phys. Plasma 13 104507

    [10]

    Lindau F, Lundh O, Persson A, McKenna P, Osvay K, Batani D, Wahlstrom C G 2005 Phys. Rev. Lett. 95 175002

    [11]

    Neely D, Foster P, Robinson A, Lindau F, Lundh O, Persson A, Wahlstrom C G, McKenna P 2006 Appl. Phys. Lett. 89 21502

    [12]

    Oak S M, Bindra K S, Narayan B S, Khardekar R K 1991 Rev. Sci. Instrum.62 308

    [13]

    Lévy A, Ceccotti T, D’Oliveira P, Réau F, Perdrix M, Quéré F, Monot P, Bougeard M, Lagadec H, Martin P, Geindre J P, Audebert P 2007 Opt. Lett. 32 310

    [14]

    Dromey B, Kar S, Zepf M, Foster P 2004 Rev. Sci. Instrum.75 645

    [15]

    Chen L M, Kando M, Xu M H, Li YT, Koga J, ChenM, Xu H, Yuan X H, Dong Q L, Sheng Z M, Bulanov S V, Kato Y, Zhang J, Tajima T 2008 Phys. Rev. Lett. 100 45004

    [16]

    Swift D C, Tierney T E, Kopp R A, Gammel J T 2004 Phys. Rev. E 69 36406

    [17]

    Eidmann K, Meyer-ter-Vehn J, Schlegel T, Hüller S 2000 Phys. Rev. E 62 1202

    [18]

    Brambink E, Schreiber J, Schlegel T, Audebert P, Cobble J, Fuchs J, Hegelich M, Roth M 2006 Phys. Rev. Lett. 96 154801

  • [1]

    Borghesi M, Bigongiari A, Kar S, Macchi A, Romagnani L, Audebert P, Fuchs J, Toncian T, Willi O, Bulanov S V, Mackinnon A J, Gauthier J C 2008 Plasma Phys. Control. Fusion 50 124040

    [2]

    Teng J, HongW, Zhao Z Q, Wu S C, QinX Z, He Y L, GuY Q, DingY K 2009 Acta Phys. Sin. 58 1635 (in Chinese) [滕 建、洪 伟、赵宗清、巫顺超、秦孝尊、何颖玲、谷渝秋、丁永坤 2009 物理学报 58 1635]

    [3]

    Naumova N, Schlegel T, Tikhonchuk V T, Labaune C, Sokolov I V, Mourou G 2009 Phys. Rev. Lett. 102 025002

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    Dyer G M, Bernstein A C, Cho B I, Osterholz J, Grigsby W, Dalton A, Shepherd R, Ping Y, Chen H, Widmann K, Ditmire T 2008 Phys. Rev. Lett. 101 015002

    [5]

    Fourkal E, Velchev I, Fan J, Luo W, Ma C M 2007 Med. Phys. 34 577

    [6]

    Hegelich B M, Albright B J, Cobble J, Flippo K, Letzring S, Paffett M, Ruhl H, Schreiber J, Schulze R K, Fernández J C 2006 Nature 439 441

    [7]

    Chen M, Pukhov A, Yu T P, Sheng Z M 2009 Phys. Rev. Lett. 103 024801

    [8]

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    [9]

    Xu M H, Li YT,Yuan X H, Yu Q Z, Wang S J, ZhaoW,Wen X L, Wang G C, JiaoC Y, He Y L, Zhang S G, Wang X X, Huang W Z, Gu Y Q, Zhang J 2006 Phys. Plasma 13 104507

    [10]

    Lindau F, Lundh O, Persson A, McKenna P, Osvay K, Batani D, Wahlstrom C G 2005 Phys. Rev. Lett. 95 175002

    [11]

    Neely D, Foster P, Robinson A, Lindau F, Lundh O, Persson A, Wahlstrom C G, McKenna P 2006 Appl. Phys. Lett. 89 21502

    [12]

    Oak S M, Bindra K S, Narayan B S, Khardekar R K 1991 Rev. Sci. Instrum.62 308

    [13]

    Lévy A, Ceccotti T, D’Oliveira P, Réau F, Perdrix M, Quéré F, Monot P, Bougeard M, Lagadec H, Martin P, Geindre J P, Audebert P 2007 Opt. Lett. 32 310

    [14]

    Dromey B, Kar S, Zepf M, Foster P 2004 Rev. Sci. Instrum.75 645

    [15]

    Chen L M, Kando M, Xu M H, Li YT, Koga J, ChenM, Xu H, Yuan X H, Dong Q L, Sheng Z M, Bulanov S V, Kato Y, Zhang J, Tajima T 2008 Phys. Rev. Lett. 100 45004

    [16]

    Swift D C, Tierney T E, Kopp R A, Gammel J T 2004 Phys. Rev. E 69 36406

    [17]

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    [18]

    Brambink E, Schreiber J, Schlegel T, Audebert P, Cobble J, Fuchs J, Hegelich M, Roth M 2006 Phys. Rev. Lett. 96 154801

  • [1] 陈黎明, Kazuhisa Nakajima, Toshi Tajima, 徐妙华, 李玉同, 刘运全, 王兆华, 魏志义, 张 杰, 远晓辉, 赵 卫. 超短脉冲强激光与固体靶相互作用中Kα射线的实验研究. 物理学报, 2007, 56(1): 353-358. doi: 10.7498/aps.56.353
    [2] 成春芝, 周效信, 曹卫军. 原子在双色组合场中产生高次谐波的转换效率与激光波长的关系. 物理学报, 2011, 60(5): 054210. doi: 10.7498/aps.60.054210
    [3] 张孔, 白建东, 何军, 王军民. 激光线宽对单次通过PPMgO:LN晶体倍频效率的影响. 物理学报, 2016, 65(7): 074207. doi: 10.7498/aps.65.074207
    [4] 徐妙华, 李红伟, 刘峰, 刘必成, 杜飞, 张璐, 苏鲁宁, 李英骏, 李玉同, 陈佳洱, 张杰. 实时离子探测器塑料闪烁体性能的实验研究. 物理学报, 2012, 61(10): 105202. doi: 10.7498/aps.61.105202
    [5] 王屹山, 陈国夫, 于连君, 赵尚弘, 赵 卫. 高效、高峰值功率蓝光飞秒脉冲产生研究. 物理学报, 2000, 49(12): 2378-2382. doi: 10.7498/aps.49.2378
    [6] 蔡 懿, 王文涛, 杨 明, 刘建胜, 陆培祥, 李儒新, 徐至展. 基于强激光辐照固体锡靶产生极紫外光源的实验研究. 物理学报, 2008, 57(8): 5100-5104. doi: 10.7498/aps.57.5100
    [7] 王长宏, 林涛, 曾志环. 半导体温差发电过程的模型分析与数值仿真. 物理学报, 2014, 63(19): 197201. doi: 10.7498/aps.63.197201
    [8] 周城, 王培吉, 张仲, 李萍, 高艳侠. 负折射率材料中二次谐波转换效率的理论分析. 物理学报, 2009, 58(2): 914-918. doi: 10.7498/aps.58.914
    [9] 方昕, 沈文忠. 多晶硅中的氧碳行为及其对太阳电池转换效率的影响. 物理学报, 2011, 60(8): 088801. doi: 10.7498/aps.60.088801
    [10] 刘勇波, 菅永军. 具有聚电解质层圆柱形纳米通道中的电动能量转换效率. 物理学报, 2016, 65(8): 084704. doi: 10.7498/aps.65.084704
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-04-21
  • 修回日期:  2010-06-30
  • 刊出日期:  2011-04-15

利用激光离焦的方法优化超强激光驱动的质子加速

  • 1. (1)上海交通大学物理系,上海 200240; (2)中国科学院物理研究所,北京凝聚态物理国家实验室,北京 100190; (3)中国矿业大学(北京)理学院,北京 100083
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:10720101075,10925421,10974250,10935002),国家自然科学基金青年科学基金(批准号:10905092),国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB815102),国家高技术惯性约束聚变委员会、中央高校基本科研业务费专项资金资助的课题.

摘要: 在中国科学院物理研究所"极光Ⅱ 号"飞秒激光装置上,对激光与薄膜靶相互作用产生的靶后质子束特性进行了实验研究.结果发现,在主脉冲前存在较强的飞秒预脉冲的情况下,通过适当地对激光束散焦,可以使质子束的转换效率提高3 个数量级,并同时改善质子束的准直性.分析表明,激光散焦的方法可以有效地抑制预脉冲的流体力学效应对质子加速的负面影响,从而提高质子的转换效率.此外,粒子模拟还发现,散焦量增大时可以产生更多的中低能超热电子,这也有利于建立高质量的质子加速电场.

English Abstract

参考文献 (18)

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