[发明专利]双束激光驱动离子加速装置

权利要求书

1.一种双束激光驱动离子加速装置，其特征在于包括激光器(1)、激光分束系统、光学延时系统、预热系统和加速系统，所述的激光分束系统、光学延时系统、预热系统和加速系统置于真空室(12)内：所述的激光分束系统为分束镜(2)，所述的光学延时系统由第一反射镜(3)、第二反射镜(4)和第三反射镜(5)构成，所述的预热系统为凸透镜(6)，所述的加速系统由第四反射镜(8)、离轴抛物面镜(9)和激光靶(7)构成，

沿所述的激光器(1)输出的主激光脉冲(101)方向设置所述的分束镜(2)，该分束镜(2)将主激光脉冲(101)分为预热光(102)和泵浦光(103)；在所述的预热光(102)方向依次是所述的第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、第三反射镜(5)、凸透镜(6)和激光靶(7)，所述的第二反射镜(4)和第三反射镜(5)放置在电动平移台(10)上，且该电动平移台(10)的移动方向与所述的预热光(102)的传播方向平行，通过所述的电动平移台(10)的移动调节预热光(102)的光程来控制预热光(102)与泵浦光(103)之间的延时；所述的凸透镜(6)放置在支撑架(11)上，该支撑架(11)具有位置和角度的电动调节功能，利用支撑架(11)调节所述的凸透镜(6)将所述的预热光(102)聚焦在激光靶(7)上，加热扩散所述的激光靶(7)；沿所述的泵浦光(103)方向依次是所述的第四反射镜(8)、离轴抛物面镜(9)和激光靶(7)，利用所述的离轴抛物面镜(9)将所述的泵浦光(103)聚焦在膨胀扩散后的激光靶(7)上，加速产生离子束；

当所述的激光靶(7)为富含有氢元素的固体薄膜时，则所述的加速产生的离子束为质子；

当所述的激光靶(7)为富含有碳元素的固体薄膜时，则所述的加速产生的离子束为碳离子；

当所述的激光靶(7)为金属薄膜时，则所述的加速产生的离子束为与金属膜薄相应的金属离子；

激光主脉冲(101)的参数是：中心波长是800纳米，脉冲宽度是30飞秒，激光的最大能量是300焦，光束直径是500毫米；真空室(12)是真空状态；激光靶(7)是含氢固体薄膜靶，厚度为60纳米，密度是360ncr；分束镜(2)的激光反射率是0.1％；

离轴抛物面镜(9)的焦距是1000毫米，泵浦光聚焦焦斑直径的半高全宽是10微米，能量集中度为55％，焦点处的激光光强是7×10²¹W/cm²；离轴抛物面镜(9)的焦点在激光靶(7)的前表面，入射方向与激光靶表面法线方向的夹角是30度。

2.根据权利要求1所述的双束激光驱动离子加速装置，其特征在于，所述的主激光脉冲(101)的脉宽范围是15飞秒-500飞秒，中心波长范围是500纳米-1500纳米。

3.根据权利要求1所述的双束激光驱动离子加速装置，其特征在于，所述的泵浦光(103)聚焦后的光强范围是10¹⁸W/cm²-10²³W/cm²。

4.根据权利要求1所述的双束激光驱动离子加速装置，其特征在于，所述的泵浦光(103)和预热光(102)分别聚焦于激光靶(7)的前表面和后表面，且入射方向与激光靶(7)表面法线方向的夹角可以改变。

5.根据权利要求1所述的双束激光驱动离子加速装置，其特征在于，所述的激光靶(7)的厚度范围是1纳米-10000纳米。

6.根据权利要求1至5任一项所述的双束激光驱动离子加速装置，其特征在于，所述的膨胀扩散后激光靶(7)的密度大于临界密度ncr＝1×10²¹/cm³。