[发明专利]一种基于等离子体透镜的激光离子加速系统及其加速方法

权利要求书

1.一种基于等离子体透镜的激光离子加速系统，其特征在于，所述激光离子加速系统包括：激光脉冲以及靶；其中，激光脉冲包括激光主脉冲和激光预脉冲，靶沿激光脉冲的传播方向包括透镜部分和加速部分，激光预脉冲与靶的透镜部分相互作用，产生临界密度等离子体；激光主脉冲与临界密度等离子体相互作用，产生等离子体透镜效应，对激光主脉冲聚焦整形，增强激光主脉冲的强度；整形后的激光主脉冲满足光压加速条件，与靶的加速部分相互作用，产生离子束流出射；靶的两部分采用均一的金属材料，原子数不小于13，厚度在1～10μm之间；激光预脉冲用人为加入的激光烧蚀脉冲，或者采用激光脉冲本底就具有激光预脉冲；激光主脉冲的光强在10¹⁹W/cm²～10²²W/cm²之间，脉冲持续时间在10fs～100fs之间；激光预脉冲的光强在10¹⁰W/cm²～10¹⁴W/cm²之间，脉冲持续时间在10ps～1ns之间；

激光主脉冲的光强与临界密度等离子体的密度相互匹配的条件：a/n＝常数，其中a是激光主脉冲的归一化电场振幅矢量，n为临界密度等离子体的密度。

2.一种基于等离子体透镜的激光离子加速系统的加速方法，其特征在于，所述加速方法包括以下步骤：

1)激光器发出激光脉冲，包括激光主脉冲和激光预脉冲，靶沿激光脉冲的传播方向包括透镜部分和加速部分；

2)激光预脉冲与靶的透镜部分相互作用，产生临界密度等离子体；

3)激光主脉冲与临界密度等离子体相互作用，产生等离子体透镜效应，对激光主脉冲聚焦整形，同时产生高能量密度的电子束流；

4)整形后的激光主脉冲满足光压加速条件，与靶的加速部分相互作用，产生离子束流出射，聚焦整形的同时产生的高品质电子束流进一步增强加速效果；

其中，在步骤1)中，靶的两部分采用均一的金属材料，原子数不小于13，厚度在1～10μm之间；激光预脉冲用人为加入的激光烧蚀脉冲，或者采用激光脉冲本底就具有激光预脉冲；激光主脉冲的光强在10¹⁹W/cm²～10²²W/cm²之间，脉冲持续时间在10fs～100fs之间；激光预脉冲的光强在10¹⁰W/cm²～10¹⁴W/cm²之间，脉冲持续时间在10ps～1ns之间；

在步骤3)中，激光主脉冲的光强与临界密度等离子体的密度相互匹配的条件：a/n＝常数，其中a是激光主脉冲的归一化电场振幅矢量，n为临界密度等离子体的密度。