基于激光尾场加速的自反射式全光汤姆孙散射的参数优化

基于激光尾场加速的全光汤姆孙散射能够提供高质量X射线束并大大减小装置的尺寸.与分光式相比,自反射式的构架可以降低实验的时空同步难度,但是由于激光尾场电子加速和汤姆孙散射过程耦合, X射线优化难度大,目前缺乏参数优化的相关报道.本文用数值模拟修正解析理论的方法,定量分析了激光尾场电子加速和汤姆孙散射过程中激光和电子束的焦斑、脉宽、能量等参数变化情况,并给出了激光在等离子体镜上的反射率,从而实现了用解析公式计算而非数值模拟跟踪参数变化,在保证精度的同时节约了计算时间.另外,利用修正后的公式优化了给定激光条件下的自反射式全光汤姆孙散射X射线,通过改变等离子体密度和等离子体镜位置这两个参数给出了最优X射线亮度和光子产额,该方法为将来结合人工智能优化控制全光汤姆孙散射光源提供了理论基础.     

全光汤姆孙散射

随着激光和加速器技术的发展,激光场强度和粒子能量也有所提升,在高场强和高电子能量的条件下,电子与光子的汤姆孙散射过程将达到高度非线性状态,在这种状态下会发生多光子效应,即单个电子同时与多个光子相互作用并辐射一个高能光子,此过程通常称为多光子汤姆孙散射.当场强和粒子能量变得更高时,需要引入量子电动力学理论来解决极端光场物理中的动理学过程.近期,全球多台数拍瓦激光装置逐渐投入使用,激光等离子体相互作用中的此类效应会变得极其显著.而全光汤姆孙散射成为目前研究极端光场物理最佳的实验方案,因此,系统地研究全光多光子汤姆孙散射是本领域未来十年极其重要的方向.本文对近年来全光汤姆孙散射实验从单光子、低阶多光子到高阶多光子的研究进展进行了综述,并对其未来的发展方向进行了展望.另外,伴随着散射过程产生的准直高亮X/伽马射线,有望发展成为具有重要应用价值的紧凑型超亮高能光源.     

强激光与固体靶作用产生的表面电子加速和辐射研究

利用单电子在固体靶表面准静态电磁场中运动的模型和非线性汤姆孙散射理论,研究了以大角度斜入射的强激光照射在固体靶表面产生的沿靶面方向发射的高能超热电子的运动及其产生的电磁辐射脉冲. 数值模拟表明,靶表面的电子在靶面附近的准静态电磁场和反射的激光场中作振荡. 当电子振荡频率接近激光频率时,电子被有效加速,被加速的电子主要沿靶面方向运动并产生向前的阿秒脉冲辐射. 讨论了电子在加速前的不同初始速度分布对辐射脉冲的时间和空间特性的影响,模拟了不同初始状态的多电子相干辐射脉冲的频谱特性. 关键词： 表面准静态电磁场 超热电子 阿秒脉冲 相干辐射     

激光与相对论电子束相互作用中阿秒X射线脉冲的产生

本文对激光与相对论电子束相互作用产生的阿秒X射线脉冲进行了研究.阿秒X射线脉冲是由于激光被相对论运动的电子束经过汤姆孙后向散射产生的.讨论了等离子体参数对产生的阿秒X射线的影响.发现其波长随着入射激光的频率的增加或电子束的速度增加而减小.选择合适的参数还可以获得"水窗"波段的X射线.还讨论了相对论电子束的密度与其前沿的密度梯度的大小对所产生X射线的转化效率的影响. 关键词： 阿秒X射线脉冲 汤姆孙后向散射 超强激光 相对论电子束     

高能电子与超强激光束作用产生的阿秒脉冲列

利用非线性汤姆孙散射的理论，从理论和数值模拟上研究了单电子在横向穿越高斯激光束束 腰时所辐射的x射线阿秒脉冲列的性质. 主要分析了电子以初始能量γ₀=1M eV—100M eV横向穿越激光振幅参数为a₀=1—10的高斯光束束腰获得的阿秒辐射脉冲的 时间 和空间性质. 计算表明，辐射呈现脉冲列的形式. 脉冲列的包络宽度取决于激光强度、束腰 的宽度以及入射电子能量. 电子的初始能量比激光强度对电子辐射脉冲的影响更大. 辐射脉 宽、脉冲间隔和脉冲包络宽度都正比于1/γ²₀，辐射功率正比于 γ⁶₀，辐射能 量正比于γ⁴₀. 当改变激光振幅a₀时，辐射功率正比 于a²₀、辐射包络中单 个脉冲脉宽正比于1/a₀、脉冲之间的间隔正比于a₀. 当保持激光强 度不变，而改变光束 束腰半径w₀时，辐射的脉冲数量、包络和辐射能量正比于w₀. 当 激光功率保 持不变时而改变激光强度和束腰半径时，脉冲包络宽度和最大辐射能量都基本不变. 当激光 振幅参数a₀=1，电子初始能量为10MeV时，激光束腰为两个激光波长时，电子 辐 射脉冲包络宽度只有14×10^-3τ₀（τ₀为入 射激光周期），达到几个阿秒的量级. 关键词： 阿秒脉冲 非线性汤姆孙散射 高斯激光光束     

影响单电子非线性汤姆孙散射因素的研究

应用电子汤姆孙散射的经典理论，通过理论分析和计算机模拟，研究了超短超强激光脉冲作用下电子产生的辐射脉冲的性质.计算表明，在这种情况下，电子的辐射通常以阿秒脉冲列的形式出现.讨论了不同激光场参数（包括激光强度、脉宽、初相位和偏振态）、不同电子初始状态（初始速度和位置）对辐射脉冲的时间和空间特性的影响.通常在相对论光强条件下，激光强度越大，电子辐射越强，脉宽越窄，中心频率越大，并且方向性越好；电子在线偏振激光中产生的辐射效率，比在同样强度下圆偏振激光中产生的效率更高；无论入射光是线偏振光，还是圆偏振光,辐射场呈现较复杂的偏振态, 并且它与辐射方向有关.当电子具有一定的初始能量时，通常辐射场的振幅随电子初始能量的增大而增大.不管电子的初始能量以及运动方向如何，做相对论运动的电子产生的辐射趋向于出现在靠近电子运动方向的角度区域.     

紧聚焦激光束作用于电子实现单个阿秒脉冲输出

研究了电子在聚焦的圆偏振高斯激光束中的非线性汤姆孙散射过程，在此基础上提出了实现单个阿秒脉冲输出的新机理.通过计算机模拟，发现利用紧聚焦的激光脉冲可以有效地增大辐射脉冲链的最高峰和次高峰的峰值强度比即信噪比，从而将阿秒脉冲链变为单个阿秒脉冲输出.紧聚焦情形下，随着驱动激光强度的增大，辐射信号的脉宽变短，信噪比变大；同时当减小激光束腰半径时，辐射信号信噪比也能得到有效改善.研究还发现，利用几个光周期的极短激光脉冲与电子的相互作用也能实现单个阿秒脉冲输出. 关键词： 阿秒脉冲 紧聚焦 信噪比     

初始相位对周期量级激光脉冲Thomson散射特性的影响

 用电子Thomson散射的经典理论,研究了周期量级激光脉冲作用下电子Thomson散射的特性,讨论了不同激光强度下,激光脉冲的初始相位对电子辐射的空间分布以及特定方向上频谱分布特性的影响。计算表明:对弱激光脉冲,电子辐射的空间分布类似于偶极天线的对称双叶结构,初始相位对电子的辐射几乎没有影响;而对强激光脉冲,电子辐射的空间分布出现了三叶结构,初始相位对电子的辐射影响非常显著。     

激光应用 激光军事应用

P225．2 2005042642 提高脉冲鉴相激光近炸引信定距精度技术研究=Research of improving the precision for phase laser proximity fuze [刊,中]／纪铁刚(南京理工大学机械电子工程系．江苏,南京(210094)),张河…／／激光杂志,-2004,25(6),-11-12 介绍了一般激光定距引信的工作原理,当引信在逐渐接近目标的过程中,弹目距离的变化,对目标回波幅度也将造成很大的影响,据此分析了产生定距误差的原因,依此提出了利用辅助发射频率来提高定距精度的方法,该方法对提高激光近炸引信定距精度具有指导作用。图3表1 参5(严寒)     

汤姆孙散射：等离子体参数诊断的强大工具

汤姆孙散射是低能光子与自由电子之间的弹性散射.因为汤姆孙散射光谱携带着等离子体涨落的信息,通过测量汤姆孙散射光谱可以高精度地测量等离子体的多种参数,如电子温度、电子密度、等离子体流速等等.经过多年的发展,汤姆孙散射已经成为等离子体物理研究中最重要的一种诊断工具.     

激光应用 其他应用

TN249 2005091089 激光烧蚀水下金属产生冲击波和空泡效应的研究=Shock wave and cavitation effects by laser ablation of metal in wa- ter[刊,中]／徐荣青(华东船舶工业学院电子信息学院.江 苏,镇江(212003)),陈笑…//光学学报.-2004,24 (12)．-1643-1648 采用自行研制的高灵敏度光束偏转测试系统,对脉冲 激光烧蚀水下金属产生的等离子体冲击波和空泡效应进 行了实验研究。实验得到了激光等离子体冲击波的传播 规律、冲击波与激光空泡的分离过程、空泡的脉动特性以     

J.J.汤姆孙及其对科学的贡献

介绍了Ｊ．Ｊ．汤姆孙的科学生涯，探讨了汤姆孙对物理学的贡献，其中包括提出电磁质量、发现电子、进行原子结构的现代理论和极燧射线的研究等．最后，论述了汤姆孙在组织科学研究和培养科学人才方面取得的成就．     

相对论哈密顿-雅可比方程及其应用

利用相对论哈密顿-雅可比方法求出了电子在激光场中的相对论性运动方程的解析解.并且在电子与激光脉冲散射的实验室参照系、电子初始静止参照系、电子平均静止系中,对于给定的任意椭圆偏振的激光场,得到了解析表达式.     

超相对论强度激光与薄膜靶作用中0.4 nm以下X射线阿秒脉冲的产生

用一维粒子模拟程序对功率密度在10²² W/cm²以上的超强激光驱动薄膜靶产生的相对论电子层及其经过汤姆孙散射产生的阿秒X射线进行了研究. 结果表明, 在超相对论强度范围下增大驱动激光强度, 相应减小等离子体密度及厚度可使电子层获得更高纵向动量, 使汤姆孙散射光明显向更短波长移动. 优化相关参数得到了波长为 1.168 nm的阿秒脉冲. 经过对倍频探测光方案与驱动光以及薄膜靶参数进行综合考虑和优化, 得到的X射线相干辐射波长有效减小到0.4 nm以下, 产生的光子能量达到2 keV以上. 关键词： 超相对论强度激光 阿秒X射线 相对论电子层 汤姆孙后向散射     

舰船尾流气泡后向光学检测方法研究

为探索舰船尾流后向光学检测方法,研究了尾流气泡对水中激光脉冲后向散射特性的影响。首先基于Fournier Forand 体积散射函数,利用蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法理论分析了近距离尾流气泡对激光脉冲后向散射特性的影响。然后,采用蓝绿激光脉冲作为光源,实验研究了模拟尾流气泡对激光脉冲后向散射信号的影响。研究表明,尾流气泡的存在会使得激光脉冲后向散射信号前沿位置在时域左移,后沿位置在时域右移,信号时域宽度增加,能量增强,峰值增大且位置在时域左移。最后根据研究结果提出了一种基于激光脉冲后向散射信号特征变化的舰船尾流气泡后向检测方法。     

物理光学 光的吸收、透射与散射

O436．2 2005042481 球形粒子的散射特性分析=Analysis of scattering of spherical particles[刊,中]／刘建斌(电子科技大学光电信息学院,四川,成都(610054)),吴健／／激光杂志,-2004, 25(6),-39-41 在Mie散射和瑞利散射理论的基础上,模拟了单个粒     

周期量级激光脉冲的Thomson散射

用经典辐射理论对线偏振周期量级激光脉冲的线性Thomson散射进行分析，从理论上得到它可产生亚阿秒脉冲的结论. 计算显示，在电子相对论因子为50、激光脉冲中心波长为1μm、归一化光场强度为0.01的情况下，用包含1.5个光周期的激光脉冲，可获得0.2as(半高全宽)的散射脉冲输出. 还对光场载波包络初相φ_ce和电子进入光场的初相φ_in对散射脉冲的影响作了分析讨论，结果表明，在适当的φ_ce和φ_in条件下，能实现单个阿秒脉冲输出，并可对脉冲宽度和频率进行调谐. 关键词： 线性Thomson散射 周期量级激光脉冲 载波包络初相 阿秒脉冲     

汤姆逊散射技术在HL-2A装置上的应用进展

非相干激光汤姆逊散射诊断只需要假设电子速度满足Maxwell分布,测量得到的等离子体电子温度与电子密度的数据准确可靠,是托卡马克和其他磁约束核聚变研究装置上重要的诊断工具,并朝着高可靠性、高空间分辨和高重复测量频率的方向发展,其中高可靠性是前提。电子的汤姆逊散射截面很小,其总截面为σ_T=6.65×10-25 cm2,通常使用电光调Q的 Nd∶YAG激光器作为散射光源,激光脉冲宽度约10 ns、脉冲能量约3 J,用5~8通道的光谱仪对散射光谱进行测量与分析。如何对光电探测模块输出的散射脉冲进行数据采集,是激光散射诊断的关键问题之一。以前使用电流积分式的数据采集器(Q-ADCs,如CMC080模块),在一个确定的时间宽度（如50 ns）将散射脉冲信号积分在采样电容器上,从而得到散射信号的强度值,这种方法很难排除电路噪声和外来干扰。该研究通过使用高速数据采集器（纵向分辨率≥10 bits、采样频率f≥1 GS·s-1,如V1742B模块）在包含散射信号在内的时间段(如300~500 ns)进行采集,获得散射脉冲信号、等离子体发光的扰动与背景噪声等叠加在一起的数据序列。利用最小二乘法,用高斯函数对散射脉冲的波形进行拟合,然后在50 ns时间宽度对散射波形脉冲进行数值积分,就得到散射信号的强度值。结果表明,高速同步采集技术的使用,能够用数字滤波技术排除大部分的干扰,从而提高信噪比,其幅度可以达到10倍左右。提取到更加准确可靠的光谱数据后,以置信水平95%、误差权重的最小二乘法开展数据处理,用A.C. Selden散射谱表达式对电子温度进行参数估计,得到了电子温度的测量值,其统计误差为3%左右,优于以前的10%左右。     

超短脉冲激光烧蚀绝缘体材料机理的耦合理论模型

基于电子能带理论,以动力论的Fokker_Planck方程为基础,从微观层次对超短脉冲激光烧蚀绝缘体材料的机理进行分析研究.源项中分别考虑了雪崩电离、多光子电离机制,并考虑了电子能量与散射机制对电子弛豫时间的影响.建立了绝缘体烧蚀机理的耦合数学模型,其计算的激光烧蚀临界能量密度阀值与实验结果很好的吻合.定量描述了超短脉冲激光对绝缘体材料烧蚀微观过程的影响.     

多模激光场中电子-原子散射

利用微扰理论对多模激光场中电子-原子散射进行了初步研究. 在激光场的极化方向平行于入射电子方向这种特殊的散射模式下, 计算得到了电子-原子微分散射截面与激光场的相移、交换光子数之间的关系. 结论和其它相关理论是一致的.