PDF《果表明 ,这种方法和生长面积 、》

7 4

3 ・

28 卷(1999 年)

6 期?1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net NEW ENERGY ABSORPTION MECHANISMS IN PLASMAS PRODUCED BY ULTRASHORT ULTRAINTENSE LASER PULSES Cao Lihua ( A pplied Physics Department , National University of Defense Technology , Changsha 410073) Chang Tieqiang ( Institute of A pplied Physics and Computational Mathematics , Beijing 100088) Chang Wenwei Yue Zongwu ( A pplied Physics Department , National University of Defense Technology , Changsha 410073) Abstract New energy absorption mechanisms in plasmas produced by ultrashort ultraintense laser pulses are described. The laser is so bright that the relativistic effect increases electron mass ,and the lowering of plasma frequency enables the laser to penetrate into the overdense plasma and strong ab2 sorption occurs. The mechanisms ,such as vacuum heating and J *B heating ,are discussed via two - dimensional particle simulations , which clearly indicate both absorption types. Key words laser plasma interaction , ultrashort ultraintense laser pulse ,vacuum heating , J *B heating ,two - dimensional particle simulation

1 引言 近年来 ,随着啁啾脉冲放大 (CPA) 技术的 迅猛发展 ,新型超短脉冲超强激光的出现 ,为光 与物质相互作用研究提供了前所未有的全新的 实验条件与极端的物理条件[1 ] . 目前 ,在小型 化的台式激光系统中 ,已经产生了高重复频率 的超短脉冲. 在过去的

10 年中 ,激光经过聚焦 可以达到的光强提高了五六个量级 ,在不远的 将来 ,将会达到

1021 W/ cm2 ,相应的局域电场将 高达

1012 V/ cm ,已是氢原子中束缚基态电子的 库仑场强的

170 倍. 由于激光电场很强 ,激光与 物质的相互作用将进入到一个前所未有的高度 非线性和相对论的强场范围 ,从而开创了超短脉 冲超强激光物理这样一个全新的前沿学科领域. 快点火概念是 Tabak 近几年才提出的一 种新的激光聚变新途径[2 ] . 首先 ,用通常聚变 激光驱动靶丸内爆形成高密度芯 ;

然后用高强 度激光照射该高密度芯 ,在等离子体中烧出一 个孔 ,强大的有质动力推动临界面使其接近靶 芯 ;

最后 ,高强度激光等离子体相互作用产生的 超热电子使芯部点火. 该方案使激光聚变的难 点从研制大型激光器和增加辐照均匀性转移到 超高强度激光的产生及其在靶丸中的能量吸收 问题上. 超强激光在等离子体中的钻孔效应是 实现快点火的关键. 处于激光场中的电子随着激光电场进行高 频振荡运动 ,一旦和其他粒子发生碰撞 ,这一振 荡动能就会变成等离子体的无规则运动的热 能 ,这就是逆轫致吸收 ,其吸收系数与温度的 3/

2 次幂成反比[3 ] . 由于超短脉冲超强激光等 离子体温度很高 ,碰撞吸收机制不占主要地位 , 反常吸收机制成为主要的能量吸收机制. 所谓 反常吸收是指激光能量通过各种非碰撞机制 , 部分地转化为等离子体其他形式的波的能量 , 又称为无碰撞吸收. 由于激光脉冲持续时间极短 ,激光 - 靶耦 合产生的等离子体来不及膨胀 ,标志着从临界 密度到真空的等离子体密度斜坡距离的特征 量 ,即等离子体密度标长 L [ L = n/ (5 n/

5 x ) ] 很短 ,加上高强度激光产生巨大的有质动力压 缩等离子体 ,也使等离子体密度标长变短 ,因此 超短脉冲超强激光产生的等离子体具有较短的 ・

8 4