飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子输运的实验研究

报道了在100TW超短脉冲掺钛宝石激光装置上,完成的飞秒激光-固体靶相互作用中超热电子在靶内输运的实验研究结果.获得了超热电子的产额、注量和总能量.结果表明,超热电子的注量和总能量随靶厚的增加而减少,超热电子约80%的能量主要沉积在靶内的前10μm,对以上形成的原因进行了分析指出,是由于静电场对超热电子输运影响所致.

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理

学

报

第2 5卷

不容忽视，甚至影响很大.因此，静电场对超热电子的输运影响问题的研究将直接关系到“快点火”方 案的物理设计，至物理可行性 .甚

角为 2。针孔相机位于靶前斜上方， 2 0G 1. 10 s的电子磁谱仪放在靶前法线方向，0 s电子谱仪放 60G在靶后激光传播方向 .发打靶 .单 激光焦斑测量用多针孔阵列针孔相机配合 X 射线 C测量 .∞它可给出激光打靶过程中能量在 1kv~9kV之间的 X射线发射区域，区域一 e e该般被认为是激光的光学焦斑的大小；超热电子诊断

本文报道了在 10 W激光器上完成的飞秒 0T 激光.靶相互作用产生的超热电子在靶内输运固体的实验研究结果 .验采用电子磁谱仪，靶前法实在

线方向和靶后激光传播方向测量了超热电子的产额、注量和能量，究了超热电子在固体靶中向前研传输的沉积量随靶厚的关系，对以上情况又做了分析，确定静电场对超热电子输运的影响为主要机制，以此能为快点火方案提供依据 . 2实验设置和方法

系统包括电子磁谱仪， i LF热释光片以及读数、退火系统.电子磁谱仪可以获得出射超热电子的能谱分布 . i释光片是电子磁谱仪的配套探测元 LF热件，超热电子通过热释光片后会在其中沉积能量， 采用热释光读数仪可以获得不同能量的超热电子沉积的剂量值，从而得知不同能量超热电子的注

量，获得超热电子能谱 .退火系统是用来对 LF热 i释光片进行预处理，免实验结果受到热释光片本避底的影响.我们采用的电子磁谱仪磁场大小为 60 0 G和 10 s能量测量范围分别为 7 e~ S 20 G, 0 kV 10 e 2 0 V和 20kV V. k 5 e￣3 Me用高斯计测量谱仪的磁场均匀性好于 2电子谱仪的探头采用 LF%. i (, u P热释光探测器 ( L ) Mg C, ) T D进行探测，其 规格为 32lr×32lr×03 i, . i - l . i n - l .8l r这样能量分 n -l n

实验在中国工程物理研究院高温高密度等离子体国家重点实验室 10 W超短超强激光器上 0T 进行 .实验布局如图 12所示 .、

辨率可达到 2为了提高测量精度， LFT D%.对 i L 进行了逐片刻度【为了减小电子的散射， 1. 1 J在谱仪 准直孔前未加滤片过滤 .电子磁谱仪收集立体角约 为 1 5×1— r .5 0 3 . s

图焦监 斑测 Fi. Mo i r gs e o clso g 1 nt i￣tm ff a p t on o

3结果分析和讨论 ,,、/J…’几 rJ y H‘‘ u

激光最大输出能量 30,冲宽度 3 s波 .2J脉 0f,长 80n激光输出口径 (01I, f3的离轴抛 0 m, 7 II经/ TT物面聚焦后以 2。射角入射到 5舯的平面铜 1入厚 箔靶上 .激光焦斑用 ( 0肿的针孔相机配 x射线 1 M a n tcs e to tr g ei p cr mee

(0s 6 G) 0 、

C D监测， C测量的焦斑 ( 3直径 (图 )

) 6为 0

肿，面的最大功率密度为 35×1碍W/ n.靶 .6 0 c2 a 研究了平面铜靶厚度与靶后注量的关系 (图 4 .中横轴是铜靶厚度，位微米 (m)纵轴是 )其单 ;

图 2实验布局示意图 Fi . S h me o x e i e tls t p g2 c e f p r n a eu e m

靶后激光传播方向单位立体角超热电子注量值(靶前超热电子注量归一化 )红色曲线为洛伦兹拟合 . 曲线，是利用数学计算程序 O I I R G N对电子磁谱仪探测器测量的数据进行处理，对实验曲线进行非 线性拟合的结果 .

能量 3J脉宽 3 s中心波长 80n的主激 , 0f

, 0 m光经过压缩池后进入靶室，经过 4。反射镜和 F 5全/

3离轴抛物面镜后聚焦到焦点 .在焦点处放置一个 铜平面薄靶 (度： m~8 x,细调整平面厚 3 0/ m)仔

我们发现，随着靶厚的增加，热电子注量急超剧减小，靶厚由 3f增加到 1 1超热电子注量 m x 0f, o r

靶的方向，使得主激光入射方向与靶面法线方向夹

下降到原来的1 6当靶厚>1 t电子注量减/; 0 m,￣

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