超短拍瓦激光脉冲与靶相互作用及离子加速

我们展示了拍瓦飞秒激光与固体相互作用产生离子加速的实验结果，并探索了提高离子能量的策略。研究了用微米级厚度（0.2 - 6.0 微米）的铝箔在几乎未被探索的强度区间（8x10^19 W/cm^2 - 1x10^21 W/cm^2）下进行辐照，导致沿靶后表面和前表面法向方向的离子加速。在优化的激光强度条件下（通过改变激光能量或焦斑大小），获得的质子和碳离子的最大能量表现出快速的强度标度，沿靶后表面法向方向为 I^0.8，沿靶前表面法向方向为 I^0.6。研究发现，质子能量随激光能量的标度比随激光焦斑大小的标度快得多。此外，对于广泛的靶厚度和激光强度范围，发现沿两个方向的最大离子能量之比是常数。在相对较低的激光强度下，质子通量在向前方向上占主导地位。增加激光强度会导致向后质子通量逐渐增加，并使得在整个能量范围内两个方向的离子通量几乎均等。这些实验发现可能为应用开辟新的前景。