Compton散射对固体中激光能量与光声信号强度关系的影响

应用光声理论、相对论量子理论和电子与多光子集团非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对掺杂固体中光声信号强度的影响。结果表明,当掺杂固体中发生电子与多光子集团之间的多光子非线性Compton散射时,在忽略光声转换效率的变化和基质晶格对介电函数贡献的情况下,耦合激光能量和磁感应强度是影响光声信号强度的两个主要因素,其中耦合磁感应强度起主导作用。Compton散射使光声信号强度随耦合光的磁感应强度和能量的增大而迅速增大。能量与光声信号声压之间存在对数线性关系,但它相对于Compton散射前的曲线下移。     

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应用光声理论、相对论量子理论和电子与多光子集团非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对掺杂固体中光声信号强度的影响。结果表明,当掺杂固体中发生电子与多光子集团之间的多光子非线性Compton散射时,在忽略光声转换效率的变化和基质晶格对介电函数贡献的情况下,耦合激光能量和磁感应强度是影响光声信号强度的两个主要因素,其中耦合磁感应强度起主导作用。Compton散射使光声信号强度随耦合光的磁感应强度和能量的增大而迅速增大。能量与光声信号声压之间存在对数线性关系,但它相对于Compton散射前的曲线下移。     

多光子非线性Compton散射对等离子体中电子运动的影响

应用多光子非线性Compton散射模型,研究了多光子非线性Compton散射对激光等离子体中电子运动的影响,提出了将入射激光和Compton散射光形成的耦合光、耦合光与等离子体产生的自生磁场形成的混合场作为加速电子的新机制,对电子动量和能量方程进行了修正和数值模拟。结果表明,当混合场的电场振幅与磁场振幅相等时,回旋共振电子在与混合场作用时间内能被加速到很高的能量;电子加速能量随耦合光幅值的增大而增大,随电子耦合初始角度的增大而周期变小,随电子横向耦合归一化初始速度的增大,开始时较快增加,之后缓慢增加,最后趋于稳定。     

磁逆多光子非线性Compton散射的能量转换

应用电子与光子非弹性碰撞模型，分析、计算了磁逆多光子非线性COmpton散射中电子与光子间的能量转换。结果表明：磁逆多光子非线性Compton散射前，做Landau运动的电子不是热电子，而是处于激发态的电子，该散射产生高γ射线的几率要比磁逆单光子Compton散射时的几率小；当磁逆多光子非线性Compton散射中的电子被光场俘获时，电子可以从激光场中获得巨大的加速能量，但比多光子非线性Compton散射时获得的能量低。     

超强激光照射三维时变等离子体散射新机制

应用多光子非线性Compton散射模型和电流密度拉普拉斯变换改进的时域有限差分法,研究了超强激光照射三维时变等离子体的散射特性,提出了Compton散射光是影响等离子体散射的新机制,给出了该等离子体散射截面和频率随时间变化的修正方程,并进行了数值仿真。结果表明：与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体散射截面增大,且随频率增大迅速衰减。这是因散射使等离子体中电子从耦合激光场中获得更多能量,从而导致电子被耦合场俘获的缘故;使瞬变等离子体最大频率随时间呈准直线缓慢下降趋势。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼效应增强,从而导致电子能量衰减、频率下降的缘故;使缓变等离子体频率随时间缓慢增大。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼增大效应减弱了频率增大的缘故。     

超强激光照射三维时变等离子体散射新机制

应用多光子非线性Compton散射模型和电流密度拉普拉斯变换改进的时域有限差分法,研究了超强激光照射三维时变等离子体的散射特性,提出了Compton散射光是影响等离子体散射的新机制,给出了该等离子体散射截面和频率随时间变化的修正方程,并进行了数值仿真。结果表明：与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体散射截面增大,且随频率增大迅速衰减。这是因散射使等离子体中电子从耦合激光场中获得更多能量,从而导致电子被耦合场俘获的缘故;使瞬变等离子体最大频率随时间呈准直线缓慢下降趋势。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼效应增强,从而导致电子能量衰减、频率下降的缘故;使缓变等离子体频率随时间缓慢增大。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼增大效应减弱了频率增大的缘故。     

未被俘获电子对多光子非线性Compton散射能量转换效率的影响

 应用单粒子理论和电子与光子非弹性碰撞模型，研究了未被俘获电子对多光子非线性Compton散射能量转换效率的影响。结果表明，未被俘获电子使该散射的频谱展宽随入射电子速度和与电子同时作用的光子数的增大而增大，随电子与光子非弹性碰撞成分的增大而减小，从而使能量转换效率近乎与电子入射速度正比降低。用低能电子入射，能有效地减小这种损失。     

Compton散射下超强激光等离子体中的坍塌

应用强场理论、多光子非线性Compton散射模型和场论方法,对非线性Compton散射对超强激光在等离子体中坍塌的影响进行了理论分析,提出了将入射超强激光和多光子非线性Compton散射光作为超强激光在等离子体中坍塌的新机制,通过构造超强激光非线性控制方程的拉格朗日密度函数,给出了激光包络尺度变化的修正方程.结果表明:多光子非线性Compton散射加剧了激光包络调制不稳定性的非线性发展及物质密度局部稀化形成密度空穴的进程,使横等离激元和局部场强迅速增强,从而导致初始均匀分布激光场的剧烈坍塌.     

Compton散射下超强激光等离子体中的坍塌

应用强场理论、多光子非线性Compton散射模型和场论方法,对非线性Compton散射对超强激光在等离子体中坍塌的影响进行了理论分析,提出了将入射超强激光和多光子非线性Compton散射光作为超强激光在等离子体中坍塌的新机制,通过构造超强激光非线性控制方程的拉格朗日密度函数,给出了激光包络尺度变化的修正方程。结果表明：多光子非线性Compton散射加剧了激光包络调制不稳定性的非线性发展及物质密度局部稀化形成密度空穴的进程,使横等离激元和局部场强迅速增强,从而导致初始均匀分布激光场的剧烈坍塌。     

Compton散射下超强激光等离子体通道的演化

应用多光子非线性Compton散射模型、空间动态补偿模型、非线性薛定谔方程和数值模拟方法,研究了Compton散射对超强飞秒激光等离子体中通道的影响,提出了将Compton散射光作为形成等离子体通道的新机制,给出了超强飞秒激光脉冲在等离子体中传播和电子密度随时间变化的非线性修正方程,并进行了数值模拟.研究发现:散射使等离子体中电子密度峰值增大1个量级,半径增大1 mm.激光最大功率密度被限制在10~(18)W/m~2以下,随传输距离增大缓慢衰减.传输初始阶段,单脉冲衰减能量较散射前增大2%,之后衰减较平缓.通过增加超强飞秒激光脉冲输入功率,能有效地增加电子密度峰值,有利于等离子体通道的形成.并对所的结论给出了初步物理解释.     

锥形激光等离子体中Compton 散射对电子的加速

应用相对论性电子与光子非弹性碰撞模型和经典相对论电动力学理论,结合锥形飞秒强激光等离子体中的光场特性和静电场能,分析、计算了入射的高能电子束与等离子体中的光子发生多光子非线性Compton散射时对电子的加速效应,发现等离子体中的光场会引起电子加速能量的振荡;等离子体中的静电场降低电子的加速效应。用高能电子束与锥形飞秒强激光等离子体中的光子发生双光子非线性Compton散射,是加速电子最为理想的情况。     

Compton散射下等离子体中电子相轨道的演化

用KMR模型研究了等离子体中多光子非线性Compton散射下电子相轨道的演化,发现电子与光子进行能量交换后,只有未被俘获电子的相轨道才能从周期性向非周期性、随机型演化,其演化剧烈程度随电子吸收光子数的增大而加剧,随电子与光子碰撞非弹性成分和碰撞前初始速度的增大而迅速减弱,但低于强激光场中的剧烈程度。当电子被光场俘获时,这种演化过程结束并做稳定的运动,光子不再为电子提供能量。     

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用KMR模型研究了等离子体中多光子非线性Compton散射下电子相轨道的演化,发现电子与光子进行能量交换后,只有未被俘获电子的相轨道才能从周期性向非周期性、随机型演化,其演化剧烈程度随电子吸收光子数的增大而加剧,随电子与光子碰撞非弹性成分和碰撞前初始速度的增大而迅速减弱,但低于强激光场中的剧烈程度。当电子被光场俘获时,这种演化过程结束并做稳定的运动,光子不再为电子提供能量。     

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.     

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应用电子和多光子集团非弹性碰撞模型和冷等离子体模型，研究了飞秒强激光与线性等离子体发生多光子非线性Compton散射时，散射激光与入射激光形成的飞秒耦合激光场对线性等离子体层中光场和电子密度分布的影响。研究发现，在耦合激光的有质动力作用下，电子密度分布和离子密度分布比Compton散射前的偏离更加严重，电子密度的变化比离子密度的变化更快，产生的静电场更强。即使耦合激光场非常弱，电子的运动仍表现出相对论效应，仍有静电场存在。     

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研究了强激光等离子体中多光子非线性Compton效应下阻尼电子与光子的散射特性,推出了其微分散射截面表达式。研究表明,尾波场的涨落和随机误差是电子发生纵向群聚的根本原因,且能引起电子更剧烈的群聚。电子横向动量的变化是引起电子和光子散射的根本原因,其微分散射截面随与一个电子同时作用的光子数的增大而减小,随散射非弹性成分的增大而迅速减小,但比激光场中的情况来得慢一些。只有当与电子同时作用的光子数与散射非弹性成分相等时电子才能被光场俘获。