强激光场下固体表面超快电子动力学及磁场诊断研究

The direct control of plasma electrons by ultrashort ultraintense laser pulse involves high-intensity electromagnetic field and ultrashort time scale. These features promote mechanics such as laser wakefield electron acceleration and attosecond control of electrons—high order harmonics and so on. We first propose target surface electrons can be captured by locked laser field phase—locked phase mechanics. We also have proposed a novel compact undulator based on micro-mental-wire for terahertz radiation..In this project we propose to manipulate ultrashort laser beam focusing on the plasma mirror: firstly electrons are captured by laser field and generated coherent bunch; then this bunch deflected by reflected laser; and we can observe the fringes from the electron bunch; secondly we propose to detect the magnetic field from intense laser-irradiated micro-mental-wire in order to further reveal the novel mechanism of electron-cyclotron radiation. We also propose to diagnose the magnetic field sparked by high-current electrons in plasmas, the aim of which reveals the generation mechanism of ultrafast strong magnetic field.

超短超强激光脉冲直接对等离子体中电子的控制过程涉及了极高强度的电磁场和超短的时间尺度，这些特性分别促使了如激光尾场电子加速，电子的阿秒控制即高次谐波等机制的产生。我们在前期超短超强激光与固体或微金属丝相互作用研究中，首次提出电子束团的捕获机制——锁相机制，另在微金属丝结构也首次发现电子波荡太赫兹辐射机制。.本项目拟利用超短脉冲激光束直接聚焦于等离子体镜靶，首先利用“锁相机制”捕获电子并形成阿秒电子脉冲链，其将在反射激光场作用下发生偏转，实验观测电子脉冲的空间条纹结构；其次，实现对强激光激发微金属丝产生磁场的测量，以进一步揭示激光驱动丝波导作用下电子回旋振荡产生辐射的新机制；实现对强流电子激发等离子体中磁场强度及演化的诊断，旨在揭示等离子体中超快强磁场的产生机理。

项目背景为实现对强激光激发微金属丝产生磁场的测量，旨在揭示激光驱动丝波导作产生辐射的新机制；实现对强流电子激发等离子体中磁场强度及演化的诊断，旨在揭示等离子体中超快强磁场的产生机理。强激光场下固体发射电子超快动力学，通过研究强激光与固体相互作用，在表面等离子体波锁相机制下发射电子束团。.主要研究内容为将脉宽 30fs，太瓦级峰值功率激光脉冲聚焦至固体表面，同时采用电子成像板采集高能电子的空间分布信息。SiO2 靶在激光预脉冲烧蚀下形成预等离子体标长的差异将对电子束的电量，发散度等产生影响。因此我们将通过对多种激光参数(对比度，光束聚焦参数等)和固体材料(金属铝，银，铜或非金属等)等的选择，对产生的电子束空间分布进行控制。通过改变以上参数条件，获取电子束的空间条纹，利用电子空间条纹信息直接反演出相干激光场对电子波包的调制，将在实验上进一步对电子条纹结构不同位置的能量进行探测，利用 streaking 方法对空间信息反演获得电子捕获相位以及阿秒电子动力学过程。.内容二为本项目拟研究强激光场下固体表面的磁场具体包含以下两方面内容：一是基于前期实验即强激光与微米级直径金属丝相互作用的实验，实验拟探测飞秒强激光在微金属丝表面激发的磁场及其传输过程。本实验首先采用飞秒强激光聚焦至微金属丝表面驱动磁场，将 TGG 晶体置于微金属丝表面的磁场区域内，同时将另一束同步的飞秒线偏振探针光经过TGG 晶体，线偏振光将在磁光效应作用下发生偏振旋转转换为椭圆偏振光，测量对应的旋转量即可反演磁场的强度信息。.实验结果通过对自由电子脉冲泵浦SPP相干放大的动态过程观测，阐述了自由电子与SPP作用过程中的受激放大机理。该项研究采用超快光学技术探测了自由电子受激辐射放大的全过程，研究成果指明了采用自由电子泵浦SPP实现其相干放大的全新途径，对于发展小型化/集成化的相干光源具有重要意义。工作采用飞秒强激光激发强流电子与热等离子体半球作用，在皮秒量级时间尺度观测到饱和放大的超强磁场阵列结构（1600~2000 特斯拉）；实现“光场驱动阿秒电子脉冲及调控”，实验测量了强光场下固体表面阿秒电子动力学，电子动力学扫描速度为4as，同时揭示了相对论激光场下固体表面电子发射的三类过程 “真空加速”、“有质动力散射”、“阿秒电子条纹”等。