四川大学 硕士学位论文 飞秒激光等离子体相互作用中自生磁场的实验研究 姓名：焦春晔 申请学位级别：硕士 专业：原子与分子物理 指导教师：杨向东 20040601 旧川人学倾j 卜学位论文 乳5 4 6 2 3 飞秒激光等离子体相互作用中自生磁场的实验研究 原子分子物理专业 研究生焦春晔 ‘ 指导教师杨向东 超短超强激光与固体靶相互作用产生强的自生磁场它对等离子体尾流加 速、能量吸收、热输运、电子及离子的动力学行为、等离子体膨胀等多方面都有 很大的影响自1 9 9 7 年J ．A ．S t a m p e r 利用线圈探测到激光等离子体相互作用过 程中的自生磁场之后，人们在理论( 数值模拟) 和实验上对其进行了有益的探索 论文简单介绍了惯性约束聚变和快点火的概念，阐述了激光等离子体相互作 用相关的基本概念和基础理论，比较全面地阐述了激光与等离子体相互作用中自 生磁场的研究现状、产生机制，并详细介绍了在高温高密度国家重点实验室2 0 T W 超短超强激光装爨上利用高次谐波伴线结构法取得的自生磁场测量结果 本文通过测量超短超强激光与固体靶相互作用中产生的高次谐波谱的精细 结构，反推自生磁场的大小达兆高斯量级，此实验方法在国内尚属首次．实验采 用0 M A 光学多道分析谱仪( 谱分辨0 ．1 n N ) 加C C D ( 11 5 2 ×1 2 4 2 ) 相机探测设各， 用消色差的相机镜头作为空间分辨，测量2 ‰谐波的一维精细结构谱，对利用散 射光测量系统进行了初步探索研究。
实验中采用针孔相机和C C D 相机，测量出的 X 光焦斑约为3 5 p r o ( F W H M ) ，打靶激光能量为5 3 0 m J ，给出激光靶面功率密度约 5 ×1 0 ”W ／c m 2 ．实验中用光学C C D 采集2 ‰谐波谱，观测到2 0 ) 波谱出现多峰伴线结 构，此伴线结构与J i a nz h e n g 等( P ．0 P ．，9 ，3 1 9 3 ，( 2 0 0 2 ) ) 的P I C 模拟相似 根据理论公式推算出激光与固体靶相互作用中离子体中的自生磁场达兆高斯量 级，与M ．B o r g h e s i 等( P ．R ．L ．，8 1 ，1 1 2 ( 1 9 9 8 ) ) 和李玉同博士论文报道的结果较 好地一致 女笃象葭爹霆 叫J I I 大学硕J 二学位论文 对采集到的谐波谱的空间方向进行处理，在一维空间方向上产生的自生磁场 是不均匀的，呈现出两端较强，中间较弱的分布，即测量的磁场在一维空间上是 一环形分布 关键词：飞秒激光等离子体O M A 谱仪2 ‰谐波自生磁场 州川大学顿} ：学位论文 E x p e r i m e n t a lS t u d i e sO i ls p o n t a n e o u sm a g n e t i c f i e l dp r o d u c e di nt h ei n t e r a c t i o no f f e m t o s e c o n dl a s e rp l a s m a A t o m i ca n dM o l e c u l a rP h y s i c s P o s t g a d u a t e ：J i a oC h u n y c A d v i s o r ：Y a n gX i a n g d o n g L a r g es p o n t a n e o u sm a g n e t i cf i e l di sp r o d u c e dd u r i n gt h ei n t e r a c t i o no f u l n a —s h o r t a n du l t r a —i n t e n s el a s e r 、v i t } ls o l i d s ．I ti n f l u e n c e s g r e a t l yt h ep l a s m aw a k e —f i e l d a c c e l e r a t i o n ，e n e r g ya b s o r p t i o n ，e n e r g yt r a n s p o r t ，t h ed y n a m i c sb e h a v i o r so fe l e c t r o n s a n di o n s ，e x p a n s i o no f p l a s m a ，e t c ．P e o p l eh a v es t u d i e dt h es p o n t a n e o u sm a g n e t i cf i e l d f r o mt h e o r e t i c a ls i m u l a t i o nm a de x p e r i m e n ta f t e r J ．A ．S t a m p e r m e a s u r e dt h e s p o n t a n e o u sm a g n e t i cf i e l dd u r i n gt h ei n t e r a c t i o no f l a s e rp l a s m ai n1 9 9 7 ． F i r s t , t h eI C Fa n dt h ef a s ti g n i t i o na r ei n t r o d u c e ds i m p l y ．S e c o n d l yt h eb a s i c c o n c e p t sa n dt h e o r i e sf o rl a s e r - p l a s m ai n t e r a c t i o na r ee x p a t i a t e d ，t h e nt h er e c e n t r e s e a r c hs t a t u s ，t h eg e n e r a t i o nm e c h a n i s m so fs p o n t a n e o u sm a g n e t i cf i e l dd u r i n gt h e i n t e r a c t i o no f l a s e r - p l a s m aa l ed e s c r i b e di nd e t a i l ，F i n a l l yt h ei n t r o d u c t i o ni sf o c u s e do n t h ee x p e r i m e n ts e t u pa n dr e s u l t so fs p o n t a n e o u sm a g n e t i cf i e l do n2 0 T Wl a s e rf a c i l i t y i nC h i n aA c a d e m yo fE n g i n e e r i n gP h y s i c sK e yL a b o r a t o r y ． I nt h i st h e s i s ，t h es p o n t a n e o u sm a g n e t i cf i e l di sd e d u c e db yt h ef i n es t r u c t u r e s p e c t r u mo f2 0 ) 0h a r m o n i c so ft h ei n t e r a c t i o no ft h eu l t r a - s h o r ta n du l t r a - i n t e n s el a s e r w i t hs o l i d ．U s i n gt h eO M Ao p t i c a lm u k i —c h a n n e ls p e c t r o m e t r y ，C C D ( 1 1 5 2 x1 2 4 2 ) c a m e r ad e t e c t e q u i p m e n t a n da c h r o m a t i ca b e r r a t i o nc a m e r al e n sf o r s p a t i a l d i s t i n g u i s h i n g ，w ec a r r i e do u tt h ee x p e r i m e n t st om e a s u r et h eo n e —d i m e n s i o nf i n e s t r u c t u r es p e c t r u mo f 2 0 ) 0h a r m o n i c s ，a n dt h e ni n v e s t i g a t e dp r i m a r i l yt h em e a s u r e m e n t s y s t e mo fs c a t t e r i n gl i g h t ，I nt h ee x p e r i m e n t ，t h ep i n - h o l ec a m e r aa n dC C Dc a m e r a w e r ee m p l o y e dt og i v et h ed i a m e t e ro fx —r a yl a s e rs p o ta b o u t3 5u r n ，t h el a s e re n e r g y 四川人学硕L 学位论史 a b o u t5 3 0 m J ，a n dt h el a s e ri n t e n s i t yo nt h et a r g e ta b o u t5 ×1 0 1 7 W ／c m 2 ．E s p e c i a l l y , w e h a v eo b s e r v e dt h e2 0 0s p e c m m aw i t hs a t e l l i t es t r u c t I l r ew h i c hw a si na g r e e m e n tw i t h P I Cs i m u l a t i o no fZ h e n gJ i a n ．A d d i t i o n a l l y ，a c c o r d i n gt ot h et h e o r yf o r m u l a , t h e s p o n t a n e o u sm a g n e t i cf i e l di nt h ei n t e r a c t i o no fl a s e rw i t ht h es o l i d s ' w a su pt o M G ，w h i c hv c a sa l s oc o n s i s t e n tw e l lw i t ht h er e s u l t so f M ．B o r g h e s ia n d t h et h e s i so f L iY u t o n gf o rd o c t o rd e g r e e ． D e a l i n gw i t hs p e c t r u mi nt h es p a t i a ld i r e c t i o n ．w ef o u n dt h a tt h es p o n t a n e o u s m a g n e t i cf i e l dW a Sn o tu n i f o r m ，b u tm o r ei n t e n s ei nt h ec i r c u m f e r e n c et h a ni nt h e c e n t r a l ．T h a tW a sa l s ot os a yt h a。