專家信息：

沈百飛，男，1967年出生，江蘇啟東人，博士。 現任中國科學院上海光學精密機械研究所研究員、博士生導師。Phys. Plasmas、IEEE Transaction on Plasma Science 、Review of Scientific Instruments等國際學術刊物審稿人。

教育及工作經歷：

1989年7月 西安交通大學物理系獲學士學位。

1994年6月 中科院上海光機所光學博士學位獲中國科學院院長獎學金優秀獎。

1997年8月 晉升為研究員。

1999年1月-2001年4月 獲德國洪堡基金資助，德國馬普量子光學所。

2002年5月-2003年4月，2004年7-9月，2005年7-8月，2007年7-8月 德國洪堡、馬普等資助，德國魯爾大學物理系。

2006年9月-2007年1月 美國阿貢國家實驗室。

2003年8月 由“百人計劃”支持在上海光機所強場激光物理國家重點實驗室從事強場物理研究工作。2004年6月獲財政部擇優支持。

科學研究：

研究方向：

從事X射線激光, 高次諧波, 超短超強激光和等離子體及原子分子相互作用等方面的研究, 目前主要研究超強激光的相對論效應和量子電動力學效應。

承擔科研項目情況：

1.啟明星項目：“慣性約束聚變中若干物理問題的理論研究”。

2.啟明星項目：“強激光產生正負電子對和強伽瑪射線”項目。

3.國家973計劃項目：“超強光場驅動的高性能高能粒子束的產生及其應用開拓”。

科研成果：

在相對論性超強超快激光與物質的相互作用基礎研究中獲得多項原創性重要研究成果，得到國際同行學術界的高度評價。

發明專利：

1 用強激光產生飛秒兆伏能量電子束的方法 王曉方; 汪權東; 沈百飛 中國科學院上海光學精密機械研究所 2002- 09-04

資料更新中……

 

論文專著：

 

出版專著：

《慣性聚變物理》（譯） 科學出版社 2008年

發表論文：

1 高能量密度下激光粒子加速等研究的最新進展和展望 沈百飛; 張曉梅 激光與光電子學進展 2010-09-10

2 基于激光引導的靜電激波產生單能重離子束 吉亮亮; 沈百飛; 張曉梅; 王鳳超; 金張英; 李雪梅; 溫猛 激光與光電子學進展 2009- 02-10

3 激光與薄膜靶相互作用產生準單周期相對論脈沖與高能質子束 沈百飛; 吉亮亮; 張曉梅 激光與光電子學進展 2010-03-10

4 高能離子在稠密等離子體中的傳輸和能量沉積 李雪梅; 沈百飛; 查學軍; 方宗豹; 張曉梅; 金張英; 王鳳超 物理學報 2006-05-12

5 利用整形激光脈沖壓縮薄膜靶得到中子源 張曉梅; 沈百飛 光學學報 2006-10-30

6 強激光在窄通道中傳播的理論研究 金張英; 沈百飛; 方宗豹; 張曉梅; 李雪梅; 王鳳超 光學學報 2006-12-30

7 稠密等離子體層的透明性 陳強; 沈百飛 光學學報 2004-02-17

8 強激光和超薄等離子體薄膜相互作用產生高次諧波 帥斌; 沈百飛; 李儒新; 徐至展 光學學報 2002-10-17

9 在激光等離子體中產生高電荷態離子的新途徑 王曉方; 沈百飛; 徐至展 光學學報 1994-08-05

10 激光等離子體電子密度測量的新方法 沈百飛; 徐至展; 李儒新 科學通報 1994-10-23

11 組態相互作用效應對類鈉銅離子自電離速率和分支比的影響 滕華國; 沈百飛; 張文琦; 徐至展 物理學報 1994-02-28

12 類鋰硅軟X射線激光模擬 沈百飛 ; 王曉方; 徐至展; 滕華國; 張文琦; 周忠源; 潘守甫 光學學報 1995-01-05

13 實現水窗波段X射線激光的途徑 沈百飛; 徐至展 光學學報 1995-06-05

14 用共振線強度比作激光等離子體診斷 沈百飛; 張杰; 韓申生; 張正泉; 徐至展 光學學報 1995-06-05

15 耦合對相對論效應下的三次諧波的影響 曾貴華; 余瑋; 沈百飛; 徐至展 光學學報 1995-10-05

16 高強激光直接驅動的壓縮激波 余瑋; 沈百飛; 徐至展; 馮賢平; 李萍; 邵雯雯 光學學報 1996-02-05

17 超強激光作用下相對論電子振蕩所導致的諧波輻射 余瑋; 王曉方; 沈百飛; 曾貴華; 張正泉; 徐至展 光學學報 1996-04-05

18 激光等離子體中由共振吸收誘發的高次諧波 余瑋; 徐遠; 沈百飛; 屈衛星; 徐至展 光學學報 1996-05-05

19 相對論相干三次諧波的飽和 曾貴華; 沈百飛; 余緯; 徐至展 光學學報 1996- 05-05

20 強激光和稠密等離子體相互作用產生的三次諧波 沈百飛; 余瑋; 曾貴華; 徐至展 光學學報 1996-07-05

21 稀薄等離子體中的超短強激光脈沖孤子及尾波孤子 程亞; 徐至展; 沈百飛; 余瑋 光學學報 1996-09-05

22 超強激光的等離子體燒孔效應 余瑋; 沈百飛; 宋向陽; 邵雯雯; 徐至展 光學學報 1996-11-05

23 超強激光等離子體相互作用中產生的三次諧波 沈百飛; 余瑋; 曾貴華; 徐至展 中國科學(A輯 數學 物理學 天文學 技術科學) 1996-03-15

24 高階相對論諧波輻射的理論研究 曾貴華; 余瑋; 沈百飛; 徐至展 物理學報 1996-09-30

25 隧道電離產生的高次諧波 沈百飛; 余瑋; 曾貴華; 徐至展 光學學報 1997-01-05

26 等離子體波導中的復合X射線激光 沈百飛; 徐至展; 張正泉 光學學報 1997-04-05

27 相對論自聚焦對激光脈寬的要求 曾貴華; 余瑋; 沈百飛 ; 徐至展 科學通報 1997-04-23

28 等離子體通道中的自生磁場 曾貴華; 余瑋; 沈百飛; 徐至展 物理學報 1997-06-30

29 相對論電子的逆韌致吸收 程亞; 徐至展; 沈百飛 光學學報 1998-04-05

30 PtⅢ離子5d~8-5d~76p躍遷的極紫外光譜計算 滕華國; 徐至展; 沈百飛; 張文琦 光學學報 1993-01-31

31 類Li鈣離子精細結構能級和軟X射線光譜的理論計算 滕華國; 徐至展; 沈百飛; 張文琦; 王永昌; 袁萍 光學學報 1993-03-02

32 純熱傳導冷卻產生軟X射線激光 沈百飛; 滕華國; 徐至展; 張文琦 光學學報 1993-09-28

33 類鋰硅離子X射線激光譜線寬度和電子密度的空間分布 陸培祥; 張正泉; 徐至展; 范品忠; 沈百飛; 陳時勝 物理學報 1993- 03-02

34 “水窗”波段類氦Al離子2p-3dX射線激光的粒子數反轉研究 徐至展; 韓申生; 沈百飛; 江志明; 孫嵐; 范品忠; 王曉方; 錢愛娣 物理學報 1993-06-30

35 對應于銅離子X射線激光條件下的等離子體基本參數和光譜結構 馮賢平; 徐至展; 張正泉; 范品忠 ; 王曉芳; 沈百飛; 陸培祥; 陳時勝 光學學報 1991-09-28

36 銅到鉬的類鈉離子能級結構及軟X射線光譜理論計算 沈百飛; 徐至展; 張文琦 光學學報 1991-09-28

37 等離子體中標勢為多峰的相對論電磁孤子 方宗豹; 沈百飛; 張正泉 中國光學學會2006年學術大會論文摘要集 2006-09-01

38. Liangliang Ji，Baifei Shen(通信作者) ，Xiaomei Zhang，Fengcao Wang， Zhangyin Jin， Xuemei Li， Meng Wen, John Cary, Generating Monoenergetic Heavy-Ion Bunches with Laser-Induced Electrostatic Shocks, Phys. Rev. Lett. 101, 164802(2008).

39.K. Nemeth, Baifei Shen, Yuelin Li et al., Laser-driven coherent betatron oscillation in a laser-wakefield cavity, Phys. Rev. Lett. 100, 095002 (2008).

40.Baifei Shen, Yuelin Li, M. Y. Yu, and John Cary, Bubble regime for ion acceleration in a laser-driven plasma, Phys. Rev. E 76（快訊）, 055402(2007).

41. X. M. Li, Baifei Shen, X. M. Zhang, Z. Y. Jin, F. C. Wang, The diagnostics of density distribution for inhomogeneous dense DT plasmas using fast protons, LASER AND PARTICLE BEAMS 26, 139-145 (2008)

42. Baifei Shen, Yuelin Li, Karoly Nemeth, Hairong Shang, Yong-chul Chae, Robert Soliday, Robert Crowell, Edward Frank, William Gropp, and John Cary, “Electron injection by a nanowire in the bubble regime”, Phys. Plasmas 14, 053115 (2007)

43. Xiaomei Zhang, Baifei Shen, Xuemei Li, Zhangying Jin, and Fengchao Wang, “Multistaged acceleration of ions by circularly polarized laser pulse: Monoenergetic ion beam generation”, Phys. Plasmas 14, 073101 (2007)

44. Xiaomei Zhang, Baifei Shen et. al., Effect of plasma temperature on electrostatic shock generation and ion acceleration by laser, Physics of Plasmas 14, 113108（2007.

45. Xiaomei Zhang, Baifei Shen et. al., Efficient GeV ion generation by ultraintense circularly polarized laser pulse, Physics of Plasmas 14, 123108（2007）.

46. Fengchao Wang，Baifei Shen， Xiaomei Zhang，Xuemei Li，and Zhangying Jin, Electron acceleration by a propagating laser pulse in vacuum, Phys. Plasmas 14, 083102(2007)

47. Baifei Shen, Xiaomei Zhang , M. Y. Yu ， Laser-confined fusion, Phys. Rev. E 71 (快訊): 015401（2005）.

48.Baifei Shen And M.Y.Yu, Photon–photon scattering in a plasma channel, Phys. Plasmas, 10, 4570(2003)

49.Baifei Shen and M.Yu, Relativistic channeling by intense laser pulse in overdense plasmas, Phys. Rev. E 68， 036501（2003）

50. Baifei Shen, M.Y. Yu, High-intensity laser-field amplification between two foils, Phys. Rev. Lett.89, 275004(2002).

51. Baifei Shen and J.Meyer-ter-Vehn, Pair and gamma-photon production from a thin foil confined by two laser pulses, Phys. Rev. E 65, 016405(6 pages), 2002.

52. Baifei Shen and Zhizhan Xu, 2001, Transparency of an overdense plasma layer, Phys. Rev. E. 65, 056406(6 pages), 2001.

53. Baifei Shen and J.Meyer-ter-Vehn, high-density relativistic electron plasma confined between two laser pulses in a thin foil, Phys. Plasmas. 8(3), 1003-1010,(2001).

54. Baifei Shen and J.Meyer-ter-Vehn, high order harmonics and trans of sub-femtosecond pulses generated from an ultra thin foil, SPIE 4424, 324,(2000).

55. Baifei Shen and J.Meyer-ter-Vehn, Inverse free electron laser accelerator in a plasma channel, GSI-Report 2000-2，p80,(1999).

56. Baifei Shen, Wei Yu, Zhizhan Xu, Propagation of high-intensity short-pulse laser in overdense plasmas, Bulletin of The American Physical Society，43（8），1814 (1998).

57.Baifei Shen, Zhizhan Xu, Zhengquan Zhang, Wei Yu, Recombination x-ray laser of He-like nitrogen ions in a plasma waveguide, J.Opt.Soc. Am. B 14（4）， 970-973(1997).

58. Baifei Shen, Wei Yu, Guihua Zeng, Zhizhan Xu, high order harmonic generation due to nonlinear Thomson scattering，Optics Commu. 136（3），239-242(1997).

59. Baifei Shen, Wei Yu, Guihua Zeng, Zhizhan Xu, relativistic harmonic generation by intense laser in plasmas, Phys. Plasmas 2（12）， 4631-4634(1997).

 

 

榮譽獎勵：

1.1994年獲中科院院長優秀獎。

2.2001年獲上海市科技啟明星稱號。

3.1999年、2002年兩度獲德國洪堡研究獎學金。

4.2003年入選中科院“百人計劃”，并獲財政部擇優支持。

5.2004年獲饒毓泰基礎光學獎。

6.2009年入選上海市優秀學科帶頭人。

7.研究成果并連續評為2008和2009年中國光學重要成果。

媒體報道：

微小的粒子 跳躍的人生——記中科院上海光學精密機械研究所研究員沈百飛

沈百飛 1967年生，江蘇啟東人。1989年畢業于西安交通大學物理系,1994年獲中國科學院上海光機所光學博士學位, 博士學位導師為徐至展院士，1997年晉升為研究員。1999年赴德國慕尼黑馬普研究院量子光學研究所(MPQ)進行28個月的訪問研究，2002年赴德國魯爾大學進行一年訪問研究，后來又先后訪問過美國阿貢國家實驗室和日本高能加速器研究機構（KEK）。1994年獲中科院院長優秀獎，2001年獲上海市科技啟明星稱號，1999年、2002年兩度獲德國洪堡研究獎學金。2003年入選中科院“百人計劃”，并獲財政部擇優支持。2004年獲饒毓泰基礎光學獎。2009 年入選上海市優秀學科帶頭人。研究成果并連續評為2008和2009年中國光學重要成果。研究方向包括光學、超短超強激光物理、激光等離子體物理、激光聚變等領域。現承擔多項重大科研項目。

早在上世紀八十年代末，沈百飛就與上海光學精密機械研究所所結下了不解之緣。從研究所的一名優秀博士生到研究員，他二十年如一日，用一個個平凡的腳印，拼織出一條華麗的科研之路。

科研路 碩果豐

沈百飛主要從事的是超短超強激光和等離子體相互作用的研究，特別是其中的相對論效應、量子電動力學效應和周期量級激光脈沖效應，重點關注在X射線激光、慣性約束聚變、激光加速高能電子、質子束等方面的應用。眺望沈百飛走過的科研之路，只見沉甸甸的碩果：發表SCI學術論文近一百篇，特別是在國際物理學頂級刊物Phys. Rev. Lett,上發表論文6篇（其中5篇為第一或通信作者），并被大量引用；與德國馬普量子光學所、德國魯爾大學物理系、美國阿貢國家實驗室、日本KEK等建立了長期的合作研究關系，包括合作發表論文、共同指導研究生等。除此之外，他還——

1）建立了用于復合機制X射線激光數值模擬的完整程序庫，其中包括原子參數計算程序、等離子體流體模擬程序、原子躍遷動力學和增益計算程序。在此基礎上，進行了課題組X射線激光實驗的數值模擬，并提出了一些實現復合機制X射線激光的新方案，如提出了在等離子體通道中實現復合機制X射線激光的方案以及實驗中的診斷方法，如診斷電子密度的方法；

2）進行了激光聚變，特別是快點火方案的研究，取得了豐碩成果。對相對論強度超短脈沖激光在等離子體中傳輸、熱電子的產生、高能電子（離子）傳輸和能量沉積這些快點火方案中的關鍵問題，進行了一系列的研究，比如研究了強激光在稠密等離子體中形成相對論通道所需的臨界功率密度以及通道中的電場結構，這對確定點火激光能深入到多高的等離子體密度很有幫助；研究了周期量級相對論激光在等離子體中的孤子傳輸，發現具有陡峭邊界的電磁孤子更易傳輸到較高的等離子體密度，并探討了可能的超快點火方案；提出了不同于慣性約束的光壓約束激光聚變方案，利用相對論強激光光壓的約束作用得到高密度的高溫等離子體，從而可獲得高效的臺式中子源，為飛秒中子源的概念的提出奠定了基礎；提出在約束燃料核外利用系列激波形成高密度點火熱斑再送入約束燃料核的慣性約束聚變點火新方案。翻譯的關于慣性約束聚變理論的專著《慣性聚變物理》2008年已由科學出版社出版，該書獲得多位權威專家的好評和大力推薦，成為我國相關領域不可或缺的中文參考書；參與撰寫了《未來十年大科學裝置發展前瞻》。

3）進行了超短超強激光等離子體相互物理研究，特別是相對論效應方面的應用，得到國際同行的關注和高度評價。研究了兩束相向傳播的超快超強激光和兩個平行放置的薄膜（納米量級厚度）靶的相互作用, 發現利用雙薄膜靶對激光能量的約束效應，使激光強度可達到泵浦強度的一百倍, 這種超強電磁場在量子電動力學效應等方面具有重要意義；發現兩束相對傳播的圓偏振超高強度激光脈沖與薄膜靶的高度非線性相互作用，產生了空間上受限的超高密度（1023/cm3）相對論性等離子體新效應，該項重要發現引起了國際同行學術界的高度重視，國際著名同行科學家德國馬普量子光學所Mever-ter-Vehn教授稱贊該研究成果“通過描述超薄膜靶的動力學行為得到令人驚異的關于激光諧波的結果，是一項獨一無二的杰出工作”。提出利用超短超強激光和厚度合適的納米量級薄膜靶相互作用，產生相對論強度的準單周期相干電磁脈沖，大大突破了利用傳統光學方法獲得準單周期激光的強度限制，對產生高強度的阿秒脈沖等具有重要意義。該成果被《激光與光電子學進展》評為2009年中國光學重要成果。

4）在強激光加速產生高性能電子束和離子束這一強場激光十分重要的前沿領域進行開拓研究，取得了一些最新進展。研究了真空和等離子體尾波場電子加速，提出利用納米細絲來控制電子在等離子體空泡中的注入和加速，在高能電子束其他性能不變的情況下，總電荷數遠大于反向激光控制法，發現并仔細研究了空泡中高能電子束的精細結構，這一精細結構對實現臺式自由電子激光十分有利，研究了真空中的電子加速，提出了獲得亞飛秒高密度電子束的一種可能方法；研究了激光加速質子，最早提出的光壓驅動加速已成為激光加速得到GeV量級質子束的最重要方案之一，提出利用空泡機制進行質子加速，利用加入重離子大大增強加速梯度和加速時間，利用這種機制可將質子加速到幾十GeV的能量。深入研究了靜電激波加速質子機制，在加速機制、多級加速、獲得GeV質子、溫度效應等方面的研究均取得進展。提出了利用靜電激波加速獲得準單能重離子的新方案，該項研究被《激光與光電子學進展》評為2008年中國光學重要成果；對光壓整體加速，提出可以使用比原先認為的極限更薄的薄膜靶，從而可以更高效地加速離子。

5）進行了強激光量子電動力學效應的探索性研究，這一領域即使在國際上涉足的人也還不多。研究了等離子體通道中的一種量子電動力學效應：光光散射，具體方法是用線偏振X射線激光射入相對論強園偏振激光所形成的等離子體通道，由于光光散射，將產生可測量的一頻率偏移的園偏振X光；研究了激光約束薄膜靶中產生的正負電子對，用兩束330飛秒、7x1021W/cm2 的激光約束薄膜金靶可產生密度為 5x1022/cm3 和強度為7x1027/sr•s伽瑪光。

新項目 新挑戰

如今，沈百飛趁熱打鐵，又開始著手一個新的項目。有了之前這些研究成果的積累，沈百飛相信能夠更加得心應手。他表示，今后一段時間的研究重點是強激光加速產生高性能的高能電子、離子束及其應用開拓。

加速粒子需要一個人工裝置。粒子加速器就是用人工方法產生高速帶電粒子的裝置。物理學家發明這種裝置的初衷，是希望籍此揭開宇宙神秘的面紗。隨著科學技術的日新月異，加速器的能量以每十年提高大約十倍的驚人速率在增加，為科學家能夠源源不斷地獲得新發現提供了保證。

然而傳統的粒子加速器都是龐然大物，因為它們使用低頻率的電磁波來加速，受限于加速器內微波共振腔的崩潰電場，每米能加速的電子能量有限，使用環形加速器雖然能節省空間，但是要讓帶電粒子在環形軌道高速運動，必須給予很大的向心加速度。向心加速度會使帶電粒子發出輻射而損失能量，因此加速將愈來愈難。這種基于微波技術的加速器，很可能已接近技術和經濟可行性的極限，其建造和運轉費用已達到社會能夠負擔的極限，阻礙了基礎物理的持續發展。以產生Ｘ光或醫學應用為目的的加速器，也同樣因為費用的問題，難以普及化。

直到20世紀90 年代初，超短脈沖超強激光的發展，為緊湊而高效的電子加速提供了一個全新的思路。這種利用超強飛秒激光產生高能電子、質子的研究引起了空前的關注。利用超短脈沖超強激光與等離子體作用激發尾波加速電子的設想比傳統大型加速器的加速梯度大4～5個量級以上，大幅度降低費用，而且加速機制使得建造臺式化加速器成為可能。當然，由于等離子體固有的各種不穩定性，等離子體加速得到的電子束性能在能量、總電荷數、能散度、空間發散度等方面通常都不如傳統加速器。

接下來的研究有了飛速進展。2002年，激光電子加速取得重大進展；2004年美、英、法三國實驗室同時實現了背景等離子體中電子的注入，得到了單能電子束，完成突破性進展；2006年，激光加速電子的能量得到進一步提高。這其間，一個新的面孔開始在該科研領域暫露頭角，那便是沈百飛。

早在2001年沈百飛等就曾提出過激光光壓直接加速機制，由于其在實現單能加速以及GeV質子加速方面的優點，正得到越來越多的關注。2009年已在實驗上初步看到了光壓加速所起的作用，并成功地將碳離子加速到約500MeV的能量。另外，沈百飛還提出空泡機制加速質子的新方案，利用混雜重離子來增加加速梯度，可將質子加速到幾十GeV的能量，這一機制有望將質子加速到百GeV甚至更高的能量，對激光對比度的要求也相對較低，但要求驅動激光有很高的功率。目前國際上從事傳統加速器研究的著名實驗室也開始重視激光等離子體加速這一新思路。為此，美國阿貢國家實驗室（擁有最先進的同步輻射光源）邀請沈百飛前往進行激光加速電子的研究，目前擁有最大質子加速器的費米實驗室（美國最重要的物理學研究中心之一）也在籌建新概念加速器研究小組，并邀請沈百飛研究員介紹了國際上激光加速粒子研究的現狀。

沈百飛認為，超短超強激光產生高性能高能電子、離子束的意義十分巨大。從長遠看，極高能的電子束可用于正負電子對撞等高能物理實驗，其極高的電子、離子密度可大大增加碰撞幾率，這是其特別吸引人的特點之一。高密度高能電子束也為實現小型化自由電子激光提供了可能，可開拓其在癌癥治療、聚變靶丸診斷等方面的應用。

沈百飛介紹說，該項目以實現穩定性和重復性好、體積小、成本低、具有超高相位空間密度(位置和動量)的高性能高能電子、離子束為研究重點，根據激光等離子體加速電子理論模型，對超強激光脈沖與等離子體作用加速電子的物理過程進行數值模擬，深入研究“空泡”形成、演化、破裂的物理過程和規律。并結合實驗研究探索電子注入的條件及控制手段，從而控制電子的加速過程，實現高能量、高性能、高穩定性和重復性的高性能電子束。在此基礎上設計實驗方案，搭建實驗裝置，進行實驗研究，探索高能電子束能量、能量發散度、方向發散度等與激光強度、脈寬、聚焦半徑、聚焦位置、等離子體密度等的關系，找到提高電子束能量和性能的方法。

沈百飛也熱切地期待著更多的年輕人能加入團隊，共同探索這未知世界。

科研是艱苦的，艱苦到局外人難以感同身受；科研是孤獨的，孤獨到沒有故事可講。十幾年的科研歲月里，沈百飛就像他研究的那些肉眼看不見的微小的粒子，在飛速地跳躍和運動著，唯有在顯微鏡下，才能看到它們有多么美、多么熱烈！

來源：科學中國人 2010-11-1