多光子非线性Compton散射对激光等离子体中强朗缪尔湍动谱的影响

基于电子与多光子集团非线性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强缪尔湍动谱的影响,提出了将入射光和散射光作为形成强缪尔湍动的新机制,给出了横等离激元、强朗缪尔激元和离声激元之间相互作用满足的修正方程,并进行了数值模拟.结果表明:Compton散射使横等离激元和朗缪尔激元间的碰撞频率大大增加,随着时间的演化,横等离激元和朗缪尔激元的能量由小波数区向大波数区的转移比散射前要快得多,同时产生剧烈的坍塌.坍塌后期,等离激元的强非线性作用激发出高次共振谐波,使能量从一个谐波转移到另一个谐波,形成无限高次谐波,引起波的破碎,出现由调制不稳定性控制的强朗缪尔湍动、较强的激光成丝和能量均分现象.研究结果为进一步研究强朗缪尔湍动的加速机制、反常碰撞、激光加热实验及快点火实验提供了理论支持.     

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基于多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下等离子体中强朗缪尔湍动对调制不稳定性的影响。将入射光和Compton散射光作为形成强朗缪尔湍动和调制不稳定性的新机制,给出了强朗缪尔湍动、色散和调制不稳定性时间增长率所满足的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体内产生了更为剧烈的坍塌,坍塌后期形成的强朗缪尔湍动,使等离子体界面附近的调制不稳定性的时间增长率显著增大,调制不稳定性发展得更快,光场峰值增加得更强,并使整体激光场出现明显的成丝现象。     

Compton散射下横等离激元与对等离子体作用特性

应用多光子非线性Compton散射模型、横等离激元色散方程和Karpman方法,研究了Compton散射对横等离激元与对等离子体作用特性的影响,提出了将入射超强激光和Compton散射作为横等离激元与对离子等离子体非线性作用新机制,给出了横等离激元非线性控制方程、等离激元数和能量公式。结果表明:与散射前相比,Compton散射使等离子体密度发生剧烈扰动,高频横等离激元与低密度扰动耦合非线性增强,导致横等离激元落入低密度区的几率增大。等离子体非线性频移和高密度区能量增加,低密度区能量减小,导致横等离激元电场包络迅速坍塌,等离激元数增加,场强度更强。     

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。     

多光子非线性Compton散射的能量转换

研究了多光子非线性Compton散射中电子与光子的能量转换及其转换效率.结果表明:散射光子频率随电子吸收光子数n的增大而增大,随碰撞非弹性成分ξ的增大而迅速减小.在超强激光场中,当极端相对论性电子与光子发生多光子非线性Compton散射且被光场俘获时,能量转换效率趋于无限大,即电子可以从超强激光场中获得巨大的加速能量.用高速电子束入射并与光子发生多光子非线性Compton散射,是提高非线性Compton散射能量转换效率的重要途径.     

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由色散方程和流体方程推导得到了横等离激元和对等离子体相互作用的非线性控制方程,利用场论的方法构建非线性控制方程的拉格朗日密度函数并求得相互作用过程中守恒的等离激元数和总能量。通过标度变换发现横等离激元由于调制不稳定性将坍塌形成小尺度的局域结构。在坍塌过程中横等离激元产生的有质动力随场强的增强而增强。由于有质动力对粒子的排斥,对等离子体中将产生小尺度的密度空穴。     

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应用多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对等离子体中激光衰减特性的影响.提出了Compton散射是影响激光衰减的一个重要机制,给出了激光能量和功率衰减值的表达式,并进行了数值模拟.结果表明,Compton散射对等离子体中传输的激光能量和功率衰减值有较大影响,理论计算和数值模拟符合得很好.这也为判断等离子体中发生Compton散射提供了依据.     

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。     

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 散射对线偏光在相对论等离子体中调制不稳定性的影响

应用多光子非线性Compton 散射模型、电磁波非线性色散方程和Karpman 方法,研究了 Compton 散射对线偏光在相对论等离子体中调制不稳定性的影响,给出了等离子体的非线性色散、控制和调制不稳定性增 长率的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明：与散射前相比,随无量纲化频率值减小,即趋于等离子体临界面处,散射使相同扰动波数引起的调制不稳定性增长率更大,使等离子体临界面处的调制不稳定性增长率较其余位置尤为显著。这是由于散射光使等离子体非线性增强,形成了激光场自聚焦和自成丝的缘故。     

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By using the model of multi-photon nonlinear Compton scattering, the nonlinear dispersion relation and Karpman’s model, the influences of the modulation instability on Compton scattering to the linear polarized light in relativistic plasma were studied, the revised equations on the nonlinear dispersion, the control and the growth rate of the modulation instability were given out, and these equations are simulated. The results show that under the same perturbation wave numbers, the even big rate of the modulation instability near the plasma surface are taken place by Compton scattering along with the decreasing of the numbers of the no gauge frequency than before Compton scattering, and the even marked growth rate of the modulation instability near the plasma surface are taken place near the plasma surface than other places. Because the plasma nonlinear is increased by the scattering, the self-focusing and self-turned fine silk are formed.     

Compton散射下激光等离子体纵波色散特性

应用电子与多光子集团非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下激光等离子体纵波色散特性.结果表明:长波支纵色散曲线由解析上的长波、数值计算结果和短波组成,长波支和短波支纵色散均随相对论正负电子对特征温度的增大而增大,随Compton散射引起的频率的增量的增大而降低,且单温激光等离子体的色散曲线与散射前的双温等离子体的色散曲线相似.     

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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。     

激光等离子体中多光子非线性Compton散射的光子加速

利用相对论性电子与光子非弹性碰撞模型，研究了激光等离子体中发生多光子非线性Gompton散射时，由于尾波场的作用而引起的散射光子频率的变化。结果表明，光子可以从激光场中获得能量，在光子总数减少的情况下，光子频率增大，光子获得加速。     

Compton散射下的强激光等离子体冲击波对固体的热烧蚀效应

应用多光子非线性Compton散射理论,研究了Compton散射下的强激光等离子体冲击波对固体的热烧蚀效应,给出了冲击波功率密度与靶材熔化温度及沸腾温度与加热时间的表达式,得到了冲击波照射靶材烧蚀孔的最佳实验条件。结果表明：固体的生热率提高,温度分布发生变化,作用点达到熔化和沸腾温度所需时间和功率比无散射时小。当冲击波能量为250J,到靶面的距离为70~80mm时,对靶材烧蚀孔的效果较好。当时间为1.2~3.6ms,到靶面的距离为28~80mm时,烧蚀效果较好;当能量密度为400~2800J•cm-2时,烧蚀深度成较差的线性增加,功率密度与烧蚀斑尺寸近乎成反比。