超短超强激光与固体靶相互作用中 超热电子的角分布

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1、超短超强激光与固体靶相互作用中超热电子的角分布‘摘要：用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验。采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布。测量结果显示：能量较髙的电子发射的定向性好于能量较低的电子；能量较低的电子呈溅射状发射；能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰，其中，激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果，靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生，且理论预言与实验结果相吻合。关键词：超短超强激光

2、；等离子体；超热电子；角分布；加速机制采用啁啾脉冲放大(CPA)技术[1]的台式超短超强（US-UI)固体激光器的出现，为激光与物质相互作用的研究开辟了一个崭新的领域[2’3]。所谓超短是指激光脉冲长度rp为30fmi(10fs)〜3mm(10Ps)，而超强范围开始于1017W•cm-2直到目前所达到的约1021W•cm-2[<]。由于超短超强激光产生巨大的有质动力压缩等离子体，使等离子体具有高密度、陡密度梯度。在这样的条件下，激光_等离子体相互作用将产生一些新的反常吸收机制。在激光-等离子体相

3、互作用中，吸收或加热机制有多种。如共振吸收（RA)[5]、真空加热（VH)或Brunei效应[6，7]、相对论JXB加热[8，9]、激光尾流场加热等。不同的吸收或加热机制产生的超热电子具有不同的角分布[12]。例如，对P极化光，共振吸收和真空加热所产生的超热电子主要沿着密度梯度方向发射；而相对论JXB加热和激光尾流场加热所产生的超热电子是沿着激光的传播方向发射[12]。这样，通过对超热电子角分布的研究可以了解激光-等离子体相互作用的机制，并了解由超热电子所支配的离子加速和X射线的产生。最近几年，

4、激光-等离子体相互作用产生的超热电子的角分布巳被广泛地研究。例如，G.Malka等[8]和M.Tatarakis等[13]在激光传播方向上观察到能量达MeV的超热电子的发射峰；而R.Kodama等[⑷和S.发现准直的超热电子沿激光镜面反射方向发射。Y.56如01^等[16]指出：当S极化激光斜人射在过密等离子体上时，能量达MeV的超热电子沿着激光镜面反射方向被准直；而采用P极化激光时，超热电子的发射方向由沿靶面的经典动量守恒定律决定。L.M.Chen等[17]报道:对S极化激光，准直的快电子发射

5、是沿着激光的极化方向；而对P极化激光，高度方向性的快电子发射是在接近于靶的法线方向上。最近，M.I.K.Santala等[12]在大等离子体标长的情况下发现轫致辖射1射线的角分布成双峰结构并指出这可以被看作两个分离电子束产生的证据。K.Krushelnick等[18]在一些打靶发次中观察到“8”字型的高能离子图案并推断它对应于两个分离的电子束。本文报道了超短超强激光与固体靶相互作用中超热电子角分布的实验研究结果。我们分别爾量了不同入射角和不同能量范围的超热电子角分布。强激光与粒子束1实验布局la

6、ser-TLD*arraylargeLpinholecameraFig.1Schemeoftheexperimentalsetup图1实验布局简图实验在中国工程物理研究院的3TW掺钛蓝宝石激光器上进行.激光器采用啁啾脉冲放大技术其技术指标为：激光能量300mJ(压缩前>，波长800nm,脉冲宽度60fs，重复频率10Hz，激光能量波动在2%以内4采用自相关技术测得激光脉冲对比度约为1:1(TS(在主脉冲到达前2ns)s实验布局如图1所示，8面柱形的靶室侧壁上每一面接有一个法兰，通过法兰口将压缩后

7、的激光引人靶室。—•long-focu*microscope采用//10离轴抛物面镜将能量为125mJ(靶面），光束直径为+40mm的激光聚焦在厚度为20pm的Cu或lOOpmA的1靶上，激光与靶法线方向成45°人射，P偏振，靶架由一个2维步进电机控制，确保每发激光能够打在靶面上的不同位置。抛物面镜架由另一个步进电机控制，用于调节激光的聚焦。靶室钋设置一台长焦距显微镜，用于监测激光聚焦状态；同时设置一台塑料闪烁体并与示波器连接，用于监测打靶过程中X射线的发射。采用针孔相机配合X射线CCD测量激光

8、焦斑，典型测量结果见图2»所测焦斑直径约25ym(FWHM)，这样给出靶面激光峰值功率密度约4.0X1017W*cm-2。160ISO200220pixel•3/^-JJC*J-EFig.2Imageofthefocusoftheincidencelaser图2针孔相机测量的激光焦斑采用电子角分布仪和LiF