近日，等离子体物理与聚变工程系郑坚教授团队以该实验室的小型激光装置为依托，通过同时测量三个角度的汤姆逊散射离子谱，并对其中两个离子谱进行联合解谱，直接获得了诊断区域的电子密度，且该电子密度与由数字全息术给出的电子密度比较接近。该研究成果以“Electron Density Measurement via Dual-angle Thomson Scattering Diagnosis”为题发表在《Journal of Applied Physics》上，第一作者是博士研究生谭伟强同学。

光学汤姆逊散射（OTS）是目前公认的较为精确的等离子体参数诊断方法，在相干散射范围内，一般通过测量汤姆逊散射电子谱来获取电子密度信息。但是对基于4ω（263 nm）诊断光的汤姆逊散射，由于受到等离子体轫致辐射以及加热束散射的影响，大型激光装置上的4ω散射电子谱的获取十分困难。为解决这个问题，该团队于2019年提出了基于统计学的多波数汤姆逊散射诊断方法（Statistical Multi-Wavenumber Thomson Scattering，SMWTS），该方法提出，通过同时对两个或者多个角度测量的汤姆逊散射离子谱进行联合拟合，可以显著提升包括电子密度在内的等离子体参数的诊断准确性和精度。

在该方法的基础上，该团队依托该实验室的2ω（532 nm）纳秒激光，进行了三角度时间积分汤姆逊散射离子谱诊断。在实验中，纳秒激光垂直入射到铝平面靶上，并从45°、90°和135°对自散射离子谱进行测量。该团队成功获得了3角度离子谱（图1 b），并对90°和135°散射离子谱进行了联合拟合（图1 c），拟合给出的电子密度为（5.9±0.6）×10¹⁸ cm^-3，而数字全息术给出的电子密度为（4.4±0.7）×10¹⁸ cm^-3，二者比较接近。通过多发次实验（图1 d），由离子谱拟合给出的靶前400~700 μm处的电子密度与数字全息术给出的电子密度大致相同，对于靶前250 μm处则由于较大的密度梯度导致离子谱展宽，离子谱拟合无法给出单一的电子密度。该方法可以应用在参数范围接近的大型激光装置上如SG III、OMEGA或NIF上，或小型激光装置上。

该项研究得到了国家重点研发计划、中科院先导专项等基金资助。文章全文见https://doi.org/10.1063/5.0032388。

图1. a）实验排布；b）实验中获得的3角度铝等离子体离子谱；c）对90°和135°离子谱拟合的结果；d）数字全息术对激光通道的密度诊断（线）与双角度离子谱对电子密度诊断（点）的对比。