1 中国科学技术大学核科学技术学院等离子体物理与聚变工程系，安徽 合肥 230026
2 IFSA 联合创新中心，上海交通大学，上海 200240
提出了一种紧凑型偏振干涉仪，其能够在单一记录设备上同时获得等离子体干涉、偏振以及阴影图，通过单发测量即可求解磁感应强度。通过理论分析和参数仿真，确定了干涉仪的最优光学设置，明确了干涉仪的误差来源。干涉仪被成功应用于激光固体靶自生磁场的实验中，可成功测量到几百微米空间尺度、10 T量级的磁场。借助磁流体模拟与虚拟仪器建模，得到了磁场的合成诊断图像，模拟合成结果与实验结果显示出令人满意的一致性。这种紧凑型偏振干涉仪有望提升大激光装置的实验效率，也可以用于提高小激光装置的灵活性，能够有效降低磁场诊断的成本和风险。
测量 偏振干涉仪 自生磁场 激光等离子体 等离子体诊断
Author Affiliations
Abstract
1 Graduate School, China Academy of Engineering Physics, Beijing100088, China
2 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing100094, China
3 Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing100094, China
Experimental and simulation data [Moreau et al., Plasma Phys. Control. Fusion 62, 014013 (2019); Kaymak et al., Phys. Rev. Lett. 117, 035004 (2016)] indicate that self-generated magnetic fields play an important role in enhancing the flux and energy of relativistic electrons accelerated by ultra-intense laser pulse irradiation with nanostructured arrays. A fully relativistic analytical model for the generation of the magnetic field based on electron magneto-hydrodynamic description is presented here. The analytical model shows that this self-generated magnetic field originates in the nonparallel density gradient and fast electron current at the interfaces of a nanolayered target. A general formula for the self-generated magnetic field is found, which closely agrees with the simulation scaling over the relevant intensity range. The result is beneficial to the experimental designs for the interaction of the laser pulse with the nanostructured arrays to improve laser-to-electron energy coupling and the quality of forward hot electrons.
nanolayered target self-generated magnetic field ultra-intense laser pulse High Power Laser Science and Engineering
2020, 8(2): 02000e16
新疆大学物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
利用理论分析和数值模拟方法,对超短超强激光脉冲与高密度等离子体相互作用中电磁不稳定和自生磁场空间分布的时间演化过程进行了研究。数值模拟结果表明:在线性超强激光的作用下,强激光照射等离子体薄靶时电子做无规则热运动,但由于等离子体临界面上激发的电磁不稳定性,电磁不稳定性随时间的增强和激光功率的逐渐深入到等离子体内部会导致强电流的形成,其结果使等离子体表面处产生自生磁场。对这些过程的细致研究对电磁不稳定性和自生磁场等过程有重要意义。
超强激光与等离子体相互作用 自生磁场 电磁不稳定性 粒子模拟 interaction of ultra-intense laser pulse with plas self generated magnetic field electromagnetic instability particle-in-cell method
新疆大学物理科学与技术学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
选用不同类型的等离子体薄靶，用二维particle-in-cell(PIC)粒子模拟方法系统研究了超强激光脉冲与等离子体薄靶相互作用中产生的自生磁场和质子加速行为，结果发现：当功率密度为1020 W/cm2的超强激光与等离子体薄靶相互作用时，由于等离子靶面所产生的自生磁场作用使产生的质子分布呈现空间定向发射，发射的方向和高能质子能量与等离子体靶面密切相关，能量越高发散角越小，而质子加速越好。在圆形薄靶中质子最大能量达到41.1 MeV。研究结果对惯性纳米聚变快点火和肿瘤治疗等方面具有重要的应用价值。
超快光学 超强激光 平板靶 圆形靶 数值模拟 自生磁场 激光与光电子学进展
2015, 52(2): 021401
新疆大学 物理科学与技术学院, 乌鲁木齐 830046
采用理论分析和数值模拟研究了考虑相对论效应的自生磁场及其产生机制，给出了自生磁场的解析表达式，得到了温度梯度和密度梯度的非共线性所引起的自生磁场空间分布的时间演化关系。数值结果表明，当峰值强度为1019 W/cm2的激光作用于凹形靶前表面时，在等离子体表面领域观察到的自生磁场最大值为51×102 T量级，与实验测量结果相符合。
飞秒激光 温度梯度和密度梯度非共线性 热电机制 数值模拟 自生磁场 femtosecond laser non-parallel property of temperature gradient and thermoelectric mechanism numerical simulation self-generated magnetic field
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
研究了激光辐照金属丝产生电子束的自身磁场对其发散度的影响。通过理论分析和量级估算得到: 电子在金属丝附近运动时，同时受到金属丝电场和自身磁场的作用，聚集效应明显; 当电子离开金属丝后，空间电荷效应的库仑排斥作用与自身磁场的聚集作用量级相当，近似认为可以保持已经具有的发散度。利用经典轨迹蒙特卡罗方法模拟了该过程，计算结果表明自身磁场可以解释电子束的发散度及其对金属丝长度的依赖关系。
激光电子束 发散度 自身磁场 蒙特卡罗方法 laser-produced electron divergence self-generated magnetic field Monte Carlo method 强激光与粒子束
2012, 24(12): 3019
应用相对论电磁粒子模拟程序，研究了线性极化强激光入射到无碰撞密度均匀等离子体时被加速的超热电子及电磁不稳定性机制。讨论了电磁不稳定性激发的自生磁场和超热电子热传导特性。 用Spitzer-Harm理论分析了电子热传导中能量的运输情况，观察到由激光的非等方加热引起的电子纵向加热现象。结果表明，不稳定性激发的强电磁场使电子束在1 μm的距离内沉积能量，同时对在激光有质动力推开电子时形成的电子热流产生抑制作用。
超热电子 自生磁场 热传导 能量输运 电子纵向加热 中国激光
2012, 39(s1): s102011
1 南昌大学 材料科学与工程学院, 南昌 330047
2 南通大学 理学院, 南通 226019
为了研究相对论性强激光与等离子体相互作用时自生磁场的调制不稳定性，从一组考虑了横等离激元波-波、波-粒相互作用和电子相对论效应的非线性动力学控制方程出发，通过线性分析得到了横扰动的色散方程。结果表明，自生磁场由于调制不稳定性，将会坍塌形成小尺度的局域结构。选取适当的参量，计算得到的自生磁场的特征尺度与已有理论模型的结果一致。
激光物理 横等离激元 调制不稳定性 自生磁场 laser physics transverse plasmon modulation instability self-generated magnetic field
1 南昌大学 材料学院，南昌 330047
2 江西师范大学 物理与通讯电子学院，南昌 330027
为了深入理解激光与等离子体相互作用时产生的密度孤波和自生磁场的形成机制，从动力论出发，数值模拟了从波－波、波－粒相互作用出发的轴对称柱坐标下的密度扰动非线性控制方程，得到了密度孤波和自生磁场的形成和演化过程。数值结果表明，强度为4×1014W／cm2的激光打靶时形成的孤波最大密度扰动率达到82%，并产生30T的自生磁场，与实验测量结果相符合，为密度孤波和自生磁场的形成提供了理论依据。
激光物理 密度孤波与自生磁场 模拟 坍塌 laser physics density soliton and self-generated magnetic field simulation collapse
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
分析了自生磁场对相对论谐波辐射的影响。得出结论:自生磁场对强激光在欠稠密等离子体中产生的相对论相干谐波辐射有重要作用,自生磁场激发偶次谐波辐射,并对奇次谐波辐射产生影响。对二次,三次谐波作了详细分析,发现:自生磁场激发二次谐波辐射,而对三次谐波辐射有削弱作用,并且它还使谐波的失相时间延长。
相对论谐波辐射 自生磁场 等离子体 强激光
