谢 尧 周 欢 刘梦凡 谭阳春 侯美静 杨宏莎

（ 湖南科技大学 物理与电子科学学院，湖南 湘潭411201）

1 概述

当超强超短激光脉冲与稀薄等离子体相互作用时，等离子体中的电子受到很强的有质动力效应，从而激发等离子体波，并且由于电子和离子的电荷分离产生静电场，这个产生于激光脉冲尾部的静电场被称为尾波场[1-3]。2002 年，由Pukhov 等人研究发现，在比等离子体波长短几个周期的激光脉冲驱动下，超短的电子束出现在超过破波阈值的激光尾波场中，并提出了一种新的机制，在这种机制中，激光尾波场中形成一个孤立的等离子体空腔（空泡），它不断地捕获背景电子并加速它们[4]。随后的研究中，人们提出了空泡质子加速机制，使我们能够更稳定地获得高能质子[5]。

2 模拟参数设置

本文采用二维粒子模拟方法研究了空泡结构中的氧离子加速。我们的物理参数如下：激光波长为λ0=0.8μm，归一化矢势a0=240，脉宽τ=34fs，光斑半径r=10μm。一束圆偏振高斯激光脉冲从尺寸为500μm×80μm 模拟盒的左边界入射，等离子体电子密度为ne=1.5 ×1021cm-3，略低于临界密度nc，nc=mω2/4πe2≈1.86×1021cm-3，ω 表示电子振荡频率，模拟网格数为12500×2000。由于氧离子的荷质比高于氚离子，我们将氚离子设置为背景等离子体，使氧离子更容易加速。等离子体中氧离子密度为ni1=1.25×1019cm-3，氚离子密度为ni2=1.4×1021cm-3。

3 模拟结果与分析

图1 为电子、氧离子和氚离子的密度分布图。图1 (a)为t=344T0处形成的电子空泡图，其中T0=λ0/c 为激光周期，我们可以清晰的看到，在空泡末端的低密度电子一直延伸到等离子体的边缘，此时的结构由空泡与通道共同组成，并且许多电子被困在空泡结构中，被空泡尾部的负电场持续加速。……