利用流体动力学成形气体靶对激波加速离子进行谱修饰

我们报告了利用 $\lambda = 10$ $\mu$m CO$_2$ 激光照射光学成形的 H$_2$ 和 He 气体靶产生的可重复激波加速。使用低能量激光预脉冲 ($I\lesssim10^{14}\, {\rm Wcm^{-2}}$) 在气体靶内驱动冲击波，形成陡峭且可变的密度梯度。25 ns 后，跟随一个高强度激光脉冲 ($I>10^{16}\, {\rm Wcm^{-2}}$)，产生静电无碰撞激波。上游离子在窄范围的预脉冲能量下被加速 ($> 110$ mJ & $< 220$mJ)。对于长密度梯度 ($\gtrsim 40 \mu$m)，常规产生 He$^+$ 和 H$^+$ 的宽带束；而对于较短梯度 ($\lesssim 20 \mu$m)，则观察到质子的准单能加速。这些测量表明，加速激波的性质和由此产生的离子能量分布，特别是窄能散束的产生，高度依赖于等离子体密度分布。这些发现得到了二维 PIC 模拟的证实。