雷射加速-強場物理研究獲進展

2021-01-10 科學網

 

北京大學核物理與核技術國家重點實驗室&應用物理與技術研究中心顏學慶教授、陳佳洱院士、賀賢土院士與合作者近期在雷射加速－強場物理中又取得了重要研究進展，發表了題目為「Laser Shaping of a Relativistic Intense, Short Gaussian Pulse by a Plasma Lens」 （PRL 107, 265002 (2011)） 的論文。研究中首次提出「雷射等離子體透鏡」的概念，用於提高雷射的對比度、聚焦光強和脈衝整形，對強場雷射物理的發展將產生重要影響。

 

理論和加速實驗研究表明，雷射加速梯度可以達到100GV/m以上（比常規射頻加速器高3~6個量級）。然而由於理論和技術的限制，雷射加速離子的有效長度很短，實驗中離子能量增益僅僅在幾十MeV左右。該研究小組在前期的研究中發現超短超強雷射與固體靶相互作用時存在一種穩相加速機制(PRL, 100, 135003 (2008); PRL. 102, 239502 (2009)); PRL 102, 239502 (2009)：即當雷射歸一化光強與膜片歸一化厚度相當時，圓偏振雷射可以如常規加速器一樣對離子進行加速和縱向聚束，從而可以產生高品質的高能單色離子。通過國際合作，我們在多次實驗中成功地證實了穩相加速機制的存在和優點（PRL 103, 245003 (2009); PRL 107, 115002 (2011)）。這些實驗雖然證實了該方法可以大幅度提高離子束的能量、束流品質和束流強度。研究表明該方法加速質子到100MeV需要1021W/cm2以上的聚焦光強，薄膜靶對雷射的信燥比也提出了極高的要求（>1010 @10ps），對高功率雷射提出了苛刻的要求。

 

在最近的研究工作中提出在薄膜靶之前放置 「雷射等離子體透鏡」的新方法，可以對雷射脈衝實現很強的橫向聚焦，大幅度提高雷射光強，縮短脈衝上升時間和改善脈衝的對比度。審稿人評論認為這是一個新的突破：The present work undoubtedly the present work undoubtedly breaks new ground and is of interest to many physicists。這有望提供新的技術途徑來提高雷射的對比度或者降低薄膜靶對雷射對比度的要求，同時大大提高雷射的聚焦光強。3年級博士生王鴻勇和重點實驗室優秀博士後林晨在該研究中做出了重要貢獻。

 

該項研究得到國家自然科學傑出青年基金、基金委重點項目和863項目的資助。還得到了核物理與核技術國家重點實驗室和北京大學應用物理與技術研究中心資助。（來源：北京大學）

 

 

 

 

 

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