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