超短超強雷射脈衝與電漿相互作用的解析理論

《超短超強雷射脈衝與電漿相互作用的解析理論》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由余瑋擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超短超強雷射脈衝與電漿相互作用的解析理論
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：余瑋
• 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所

項目摘要

超短超強雷射脈衝的出現使雷射電漿物理面臨全新的挑戰。傳統的理論將雷射視為較弱的無限脈寬的平面波。然而在超短超強雷射的作用下，相對論效應必須考慮、有質動力效應不再是微擾而是主導機制，茅享在原本準中性的電漿中出現了強烈的電荷分離。這些特殊背景與傳統理論是完全不相容的。本課題擬從基本方程出發、針對超短超強雷射脈衝與低密度、固體密度電漿相互作用的各主要物理過程逐一進行解析推導，在充分考慮電荷分離、相對嬸腳燥論效應、聚只糊估焦效應及有限脈寬效應的基礎上，建立比較完整的解析理論系統。對雷射脈衝峰作用下的電漿回響、雷射打靶前後電漿的時間發展全過程做出自洽的描述。重點關注與慣性約束聚變快點火、雷射帶電粒子加速器，電漿太赫茲輻射源等大科學項目中起關鍵作用的物理機制，為此類項目提供除計算機模擬以外的理論研究手段。努力探索超短超強雷射與電漿相互作用中具有潛在套用價值的新機制、新現象。

結題摘要

超短超強雷射脈衝的出現使雷射電漿物理面臨全新的挑戰。因為傳統的理論將雷射視為較弱的無限長脈寬的平面波。然而在超短超強雷射的作用下，相對論效必須考慮。有質動力效應不再是“微擾”而是主導機制，在原本“準中性”的電漿中出現了強烈的電敬境主荷分離。這些特墊霸恥檔殊背景與傳統理論是完全不相容的。本課題在四年的研究過察殼立重程中，我們從基本方程出發碑謎旋，針對超短超強雷射脈衝與低密度、近鄰界密度、固體密度電漿相互作用的各主要物理過程逐一進行解析推導，在充分考慮電荷分離、相對論效應、聚焦效應及有限脈寬效應的基礎上，建立了比較完整的解析理論系統。對雷射脈衝峰作用下的電漿回響、雷射打靶前後電漿的時間發展全過程做出自洽的描述。重點關注與慣性約束聚變快點火、雷射帶電粒子加速器、電漿太赫茲輻射源等大科學項目中起關鍵作用的物理機制。重點研究了以下內容： 1.超短超強雷射與氣體密度電漿相互作用過程中的尾波輻射問題。建立了二維相互作用理論模型，研究了離子移動效應對尾波輻射的影響，同時利用理論模型研究了電漿尾波場中的離子動力學效應。 2.超短超強雷射與近鄰界密度電漿相互作用過程中的後孤子產生問題、粒子加速問題。建立了二維相互作用理論模型，利用模型研究顯示雷射脈衝在略低於臨界密度的電漿中容易被穩定地自捕獲在電漿空腔以及預設空腔中。而在略高於臨界密度的電漿中可以通過自通道效應穿透電漿。同時研究了利用雷射與近鄰界密度電漿相互作用產生高能電子而得到的增強型靶後加速問題以及利用連續兩個雷射脈衝在亞臨界電漿中加速電子獲得高能量密度電子。 3.超短超強雷射與固體密度電漿相互作用中的高次諧波產生、時間演化問題。建立二維相互作用理論模型，研究了雷射脈衝與電漿電子隨時間的演化過程。研究了阿秒脈衝的產生問題。我們還研究了多脈衝超強雷射與球殼靶作用加速並聚焦高能量密度的電漿問題。利用交叉光產生的獨特光場加速固體密度靶中電子，雷射與三明治靶作用在沿著靶面方向獲得準單能碳離子束，雷射轟擊條紋結構的靶在相對論透明效應下的質子加速問題。