超短超强圆偏振激光与固体靶相互作用产生高次谐波的实验和模拟研究

论文摘要

随着激光技术的快速发展,激光与物质的相互作用已拓展至相对论范畴。利用超短超强激光与固体靶相互作用获得极紫外到软X射线波段的光源已经成为重要的研究领域。这种光源具有高亮度、高分辨、脉宽可达阿秒量级等诸多优点。根据实验和模拟研究结果,通过超短超强圆偏振激光驱动固体靶能够获得偏振性可调的极紫外光源,可以用来研究磁性材料的超快动力学过程,因而具有广泛的应用前景。本文主要对超短超强圆偏振激光与固体靶相互作用产生高次谐波开展实验和模拟研究。实验研究方面:利用上海交通大学激光等离子体实验室的200 TW钛宝石飞秒激光与熔融石英靶相互作用,研究了激光的偏振性对高次谐波产生的影响。实验结果表明在较大入射角(40°)下,圆偏振激光也能够有效地产生高次谐波辐射,其高次谐波产生效率与线偏振激光可比拟,并没有数量级上的差异。我们还通过改变预脉冲的延时量来控制靶表面的预等离子体密度标长,研究了在入射激光为圆偏振时,等离子体密度标长对高次谐波产生效率的影响。实验结果表明在一定密度标长范围内,密度标长增加时,高次谐波的产生效率是逐渐下降的。模拟研究方面:使用模拟软件OSIRIS进行了二维数值模拟。具体内容有:1.研究了激光的偏振性(线偏振和圆偏振)对高次谐波产生的影响。模拟结果表明圆偏振激光产生的高次谐波强度比线偏振激光低,但并没有数量级上的差异,与实验观察到的结果一致;2.模拟计算了在圆偏振激光条件下,激光入射角对高次谐波产生效率的影响;3.通过模拟分别研究了在线偏振与圆偏振激光条件下,等离子体密度标长对高次谐波产生效率的影响,并通过相对论振荡镜模型分析了等离子体密度标长影响高次谐波效率的原因;4.对高次谐波的偏振特性展开模拟研究,在参照实验参数条件下获得了椭圆偏振高次谐波,推测在实验中利用圆偏振激光与玻璃靶相互作用也获得了椭圆偏振高次谐波。根据模拟结果,我们有望在实验上通过椭圆偏振激光与玻璃靶相互作用获得圆偏振高次谐波。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 超短超强激光技术的发展
•   1.2 激光与等离子体相互作用基本参数
•     1.2.1 激光参数
•     1.2.2 等离子体参数
•   1.3 高次谐波研究概况
•     1.3.1 气体高次谐波
•     1.3.2 固体高次谐波
•   1.4 高次谐波的应用
• 第二章 高次谐波产生机制
•   2.1 相干尾场辐射（CWE）
•   2.2 相对论振荡镜机制（ROM）
•   2.3 两种机制的比较
•     2.3.1 截止频率
•     2.3.2 激光强度的影响
•     2.3.3 等离子体密度标长的影响
•   2.4 小结
• 第三章 超短超强激光与固体靶相互作用产生高次谐波辐射的实验研究
•   3.1 实验系统
•     3.1.1 200 TW激光系统
•     3.1.2 等离子体镜系统
•     3.1.3 靶室系统
•     3.1.4 平场光谱系统
•   3.2 激光偏振性对高次谐波产生效率影响的实验研究
•   3.3 等离子体密度标长对高次谐波产生效率影响的实验研究
•   3.4 小结
• 第四章 高次谐波产生的数值模拟研究
•   4.1 PIC模拟
•     4.1.1 数值模拟简介
•     4.1.2 PIC模拟方法的优势和局限
•     4.1.3 PIC模拟程序
•     4.1.4 模拟参数设置
•   4.2 激光偏振性对高次谐波产生效率的模拟研究
•   4.3 圆偏振激光条件下入射角对高次谐波产生效率的影响
•   4.4 等离子体密度标长对高次谐波产生效率的影响
•     4.4.1 线偏振激光条件下等离子体密度标长对高次谐波产生的影响
•     4.4.2 圆偏振激光条件下等离子体密度标长对高次谐波产生的影响
•   4.5 圆偏振激光条件下高次谐波偏振特性的模拟研究
•   4.6 小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 成果目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蔡怀鹏

导师: 陈黎明,刘峰

关键词: 超强激光,高次谐波,圆偏振,等离子体密度标长,模拟

来源: 上海交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 上海交通大学

分类号: O562

DOI: 10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.002999

总页数: 75

文件大小: 6489K

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