[发明专利]激光与微通道靶准直调节系统及准直调节方法

说明书

一种激光与微通道靶准直调节系统及准直调节方法，调节装置，包括该系统包括打靶激光光路的一部分，其特点在于还包括模拟光路、微通道姿态调节装置和观测平面。本发明能使激光与微通道靶实现较好准直效果以满足打靶实验需求，而且具有操作简便、准直效果好、成本低等特点。

技术领域

本发明涉及激光与等离子体相互作用，特别是一种激光与微通道靶准直调节系统及准直调节方法。

背景技术

近年来，激光与等离子体相互作用成为激光物理领域关注的重点，目前研究较多的是激光与固体平面靶及各种气体靶相互作用，希望从中获得高品质(高能量、高流强、低能散、高准直)的电子源、离子源和X/gamma射线源，此类粒子源在生物医疗、化学材料、高能物理与核物理等领域有着重要应用。在强激光与固体平面靶作用过程中，等离子体内可以建立高达1TV/m的电荷分离场，该电场能在皮秒时间尺度内将质子加速到近百MeV；在强激光与气体靶作用研究中，已经获得近8GeV的高能电子束。相比于传统加速器，基于激光等离子体的加速器具有加速梯度高、无破坏阈值、占地面积小，成本低等优势，因此成为未来加速器发展的研究热点。当下，为了继续提高各类粒子源(电子源、离子源和X/gamma射线源)品质，在不断提升激光强度与激光对比度的同时，还要对靶条件进行优化。理论模拟发现，微通道靶在优化粒子源品质上有着特别的优势(详见L.L.Ji,Towards manipulatingrelativistic laser pulses with micro-tube plasma lenses.Scientific Reports,2016.6:23256)。激光聚焦进入直径10s微米通道内部后其强度有大约1～1.5倍的提升；并且瑞利长度会有有效增大；由于通道本身的导引作用，可以产生高准直的质子束和电子束。此外，与传统平面靶和气体靶相比，微通道靶产生的电子电荷量会有明显提升，这在进一步的离子加速和X/gamma射线源研究中有着极大优势。

在实际物理实验过程中，为防止打靶激光强度过高造成靶的损坏，可以使用强度较弱的模拟光路代替强度很强的打靶激光进行对靶，对好靶后再用强激光进行打靶操作。模拟光路主要特点是与打靶激光同轴，两者传播路径一致。

综上所述，微通道靶在进一步提升各类粒子源品质方面有着独特的优势。目前，实验室中已经陆续开展激光与微通道靶相互作用的研究，但是，为了防止靶面反射的激光破坏前面离轴抛物面镜的膜系，一般选择激光斜入射至靶面，若同时要求激光沿通道轴线进入，则要求通道轴线与靶面法线有一定夹角(斜切角)，该角度与激光相对于靶面的入射角一致，也就是说，常用的微通道靶带有一定的斜切角。微通道靶中的通道口径一般在几微米到几十微米之间，这与聚焦后激光光斑大小相当，甚至小于激光焦斑半高全宽，因此，如何确保激光斜入射到靶面并且尽量平行穿过通道而不会打在通道璧上是实验研究中需要首先克服的问题。另外，在调整靶姿态时，激光能量太高容易使靶电离破坏其初始密度分布，激光能量太低则不容易观测，因此，如何使调整过程更加简便、高效和准确也是需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的是为了克服现有技术的不足，提供一种激光与微通道靶准直调节系统及准直调节方法。该系统能使激光与微通道靶实现较好的准直效果以满足打靶实验需求，而且具有操作简便、准直效果好、成本低等特点。

本发明的技术解决方案如下：