相对论强激光与等离子体相互作用产生高次谐波实验研究

Recent theoretical and experimental results indicate that high oder harmonics generation by the interactions of relativistic laser with solid target could overcome the limit on laser intensity in the laser-gas interactions, so that it is potential to obtain coherent radiations with higher energy and shorter pulse duration. The preplama density scale length has great effect on the generation efficienty and temporal-spatial characteristics of high-order harmonics.The project expects to perform experimental studies on the high-order harmonics generation from relativistic laser pulses with plasmas using the 200 TW femtosecond laser facility at Shanghai Jiao Tong University. We propose to develop the diagnostic and detection techniques for the measurement of high order harmonics, and investigate the influence of plasma density scale length on the high-order generation process by changing the contrast of the laser pulse or using a prepulse,for improving the generation efficiency and decrease the technical demands on the driven lasers in the future .

最近的理论和实验研究表明，相对论强激光与固体靶相互作用产生高次谐波辐射的方案可以突破与气体靶相互作用产生机制中对驱动激光强度的限制，有望产生能量更高、时间更短的相干脉冲辐射。这一过程中预等离子体密度标长对高次谐波产生效率及其时空特性都有重要影响。本项目拟在上海交通大学200太瓦飞秒激光装置上对相对论强激光脉冲与固体靶相互作用产生高次谐波的物理过程开展实验研究，发展相关的实验诊断测量技术，通过改变激光对比度和引入预脉冲两种方法控制靶面等离子体密度标长，研究其对高次谐波产生的影响，为将来提高产生效率，降低对驱动激光的要求等提供参考。

相对论性强激光与固体靶表面的等离子体相互作用产生的高次谐波辐射有望产生比原子分子气体中产生的高次谐波辐射能量更高时间更短的相干脉冲辐射。在这一过程中，预等离子体的密度标长起着非常重要的作用。本项目在上海交通大学200 TW飞秒激光装置上，对相对论性强激光脉冲与固体靶相互作用产生高次谐波开展实验研究，特别是研究了预等离子体分布对高次谐波产生的影响。我们首先建立了一套等离子体镜系统，将激光的ASE对比度提高了两个数量级，这不只是应用于高对比度下的固体靶高次谐波产生实验中，也已经应用于激光与超薄薄膜靶相互作用的离子加速实验中。测量到了CWE与ROM两种机制产生的高次谐波辐射，研究了靶表面的粗糙度、激光的脉宽、对比度、入射角以及预脉冲对高次谐波产生的影响。实验发现，当激光的入射角较小为20°时，只观测到了CWE机制产生的低于20阶的高次谐波；当激光的入射角增大到40.8°时，测量到了ROM机制产生的高于20阶的高次谐波辐射。当激光的脉宽增加到约80 fs，在主脉冲前面2 ps处加入预脉冲时，高次谐波产生的效率最高。当我们使用另一种载玻片玻璃靶时，我们在非激光反射方向观测到了高次谐波辐射，并且产生的谐波最高阶达到了47阶。