晶体摆动场辐射系统的全局分叉与混沌行为

引入正弦平方势,在经典力学框架内和偶极近似下,考虑到运动阻尼和非线性影响,把粒子在晶体摆动场中的运动方程化为具有阻尼项和受迫项的广义摆方程.利用Jacob椭圆函数和椭圆积分分析了无扰动系统的相平面特征,并解析地给出了系统的解和粒子振动周期; 进一步利用Melnikov方法分析相平面上三类轨道的分叉性质和进入Smale马蹄意义下的混沌行为,找到系统的全局分叉与系统进入混沌的临界条件.结果表明,系统的临界条件与它的物理参数有关,只需适当调节这些参数就可以原则上避免、抑制分叉或混沌的出现.     

参数X射线辐射与旋转周期轨道的局域分叉

寻找新光源,特别是利用参数X射线辐射(PXR)、沟道辐射(CR)或晶体摆动场辐射(CUR)作为新的光源引起了人们极大关注。要成功获得这些新光源,粒子运动必须是稳定的。但是,由于辐射衰减、晶格热振动、电子多重散射和相互作用势的非线性等因素的影响,系统将产生退道、分叉、混沌等不稳定现象,从而对这些辐射的反射、衍射、聚焦和谱分布产生直接影响。讨论了旋转周期轨道的分叉对系统稳定性的影响。在经典力学框架内和偶极近似下,引入正弦平方势,把粒子运动方程化为了具有阻尼项、受迫项和常数力矩的广义摆方程。利用Jacobian椭圆函数和椭圆积分给出了系统的解和粒子运动周期,用Melnikov方法构造了旋转型周期轨道的Melnikov函数,并用这个方法分析了系统的局部分叉性质。结果表明,系统的临界条件与它的参数有关,只需适当调节这些参数,系统的分叉(或不稳定性)就可以原则上避免,从而进一步保证有效地输出PXR、CUR或CR辐射等。     

参数激励与晶体摆动场辐射的稳定性

寻找新光源, 特别是短波长相干光源备受关注. 本文讨论了晶体摆动场辐射作为短波长激光的可能性和必须满足的基本条件; 指出了至今尚未获得可利用的短波长激光可能不只是技术原因, 而且还有物理原因. 利用参数激励方法对这个问题进行了分析. 在经典力学框架内和偶极近似下, 引入正弦平方势, 把粒子运动方程化为具有阻尼项和参数激励项的摆方程. 利用Melnikov方法讨论了系统的稳定性, 并对系统的临界条件进行了分析. 结果表明: 系统的稳定性与其参数有关, 只需适当调节这些参数, 系统的稳定性就可以原则上得到保证. 关键词： 晶体摆动场辐射 沟道辐射 参数激励 稳定性     

沟道效应的运动阻尼与系统走向混沌的临界特征

利用正弦平方势,把粒子运动方程化为具有运动阻尼和周期调制的摆方程.利用Melnikov方法分析了系统的全局分叉和混沌行为，指出了沟道辐射本底增强和沟道效应的无规行为与混沌之间的相关性. 关键词： 沟道效应 摆方程 分叉 混沌     

正弦平方势与掺杂超晶格双稳态系统的全局分叉

掺杂超晶格是对同一材料交替掺入n-型和p-型杂质,形成n-i-p-i-n-i-p-i…一维阵列的周期结构。由于交替掺杂,衬底材料的导带受到周期调制形成一个个十分类似于正弦平方形式的量子阱。引入正弦平方势,在经典力学框架内,把粒子的运动方程化为具有阻尼项和受迫项的广义摆方程。用Jacobian椭圆函数和第一类全椭圆积分找到了无扰动系统的解和粒子振动周期,利用Melnikov方法分析了系统的全局分叉与Smale马蹄变换意义上的混沌行为,给出了系统通过级联分叉进入混沌的临界值。结果表明,对于异宿轨道,当参数满足条件 ＜πsech 时,系统出现了Smale马蹄变换意义上的混沌振荡。对于振荡型周期轨道,当参数满足条件 ＜πsech 时,产生了奇阶振荡型次谐分叉。注意到系统进入混沌的临界条件与它的参数有关,只需适当调节这些参数就可以避免或控制混沌,为光学双稳态器件的设计提供了理论分析。     

准周期激励与应变超晶格的动力学稳定性

假设超晶格锯齿形沟道对粒子的作用等效为形状相似的周期场作用. 在经典力学框架内,引入正弦平方势,把粒子运动方程化为具有阻尼项和双频激励项的摆方程. 用Melnikov方法对单频激励系统的分叉与混沌进行分析;用Lyapunov方法对双频激励系统的稳定性进行讨论. 结果表明：在弱非线性情况下,双频激励系统存在局域不稳定,且这种不稳定将向全局扩展,直至混沌的出现;导致混沌的双频激励强度远小于单频激励强度;外加一个适当的超声场可望将这种敏感钝化,使系统的稳定性得到改善. 关键词： 超晶格 准周期激励 混沌 稳定性     

一类非线性相对转动系统的组合共振分岔与混沌

研究一类具有异宿轨道的非线性相对转动系统的分岔与混沌运动. 应用耗散系统的拉格朗日方程建立一类组合谐波激励作用下非线性相对转动系统的动力学方程. 利用多尺度法求解相对转动系统发生组合共振时满足的分岔响应方程并进行奇异性分析, 得到了系统稳态响应的转迁集. 根据相对转动系统异宿轨道参数方程, 求解了异宿轨道的Melnikov函数, 并给出了系统发生Smale马蹄变换意义下混沌的临界条件. 最后采用数值方法, 通过分岔图, 最大Lyapunov指数图, 相轨迹图和庞加莱截面图研究系统参数对混沌运动的影响.     

位错动力学与系统的全局分叉

在位错动力学的Seeger方程基础上，引入周期场作用，把位错运动方程化为具有硬弹簧特性的Duffing方程，并利用多尺度法分析了系统的动力学特征，利用Melnikov方法讨论了系统的全局分叉和系统进入混沌状态的可能途径.结果表明，当δ/α一定，Ω不断减小时，系统逐渐向临界状态接近，然后经过无限次级联分叉进入混沌状态. 关键词： 位错 分叉 超晶格 非线性     

一类相对转动非线性动力系统的混沌运动

研究一类具有同宿轨道、异宿轨道的相对转动非线性动力系统的混沌运动. 建立具有非线性刚度、非线性阻尼和外扰激励作用的一类两质量相对转动非线性动力系统的动力学方程. 利用Melnikov方法讨论了系统的全局分岔和系统进入混沌状态的可能途径,给出了系统发生混沌的必要条件,并利用最大Lyapunov指数图,分岔图,Poincare截面图和相轨迹图进一步分析了系统的混沌行为. 关键词： 相对转动 非线性动力系统 混沌 Melnikov方法     

Lindhard势与弯晶摆动场辐射的动力学稳定性

在经典力学框架内和偶极近似下,引入Lindhard势,把粒子运动方程转化为具有硬弹簧特性的达芬(Duffing)方程,利用多尺度法分析了系统的主共振和超共振;讨论了粒子在共振线附近运动的非线性行为;导出了系统的临界参数ac及满足系统稳定的条件。由于系统的临界条件与它的物理参数有关,只需这些参数适当,系统的不稳定性就可以原则上避免,从而保证系统能够稳定地输出晶体摆动场辐射,为寻找X激光或γ激光提供进一步理论分析。     

带电粒子的参数X射线辐射及弯晶系统的稳定性

寻找新光源, 特别是企图利用PXR作为激光光源引起了人们广泛关注。 要成功获得相干（衍射）的PXR光源, 粒子的运动必须是稳定的。 但是由于晶体弯曲,系统可能变得不稳定, 从而对PXR的反射、 衍射、 聚焦和谱分布均会产生直接影响。 在经典力学框架内和偶极近似下, 引入正弦平方势, 把粒子在弯晶中的运动方程化为具有常数力矩的摆方程。 利用Jacobian椭圆函数和椭圆积分分析了系统的相平面特征。 结果表明, 系统的稳定性与弯晶“曲率”Q有关, 当条件0≤Q<1满足时, 系统是稳定的。 An exploration of a new light source by PXR as Laser gived rise to extensive attention. The particle motion must be stable in order to obtain coherent PXR source. But, an instability of system is possible due to the effect of bent crystal, thus the reflection, the diffraction, the focus and the spectral distribution of PXR will be effected.In the classical mechanics frame and dipole approximation the particle motion equation in bent crystal is reduced to the pendulum equation with a constant momentum by the sine squared potential.The phase planar properties are analysed by means of Jacobian elliptic function and the elliptic integral. It shows that the stability of the system is related to the curvature Q of the bent crystal. When the condition 0≤Q<1 is satisfied, the system is stable。     

等效磁场与弯晶沟道辐射

引入场指标和等效磁场概念,把粒子在弯晶沟道中的运动行为等效为回旋加速器中的粒子运动.结果表明,描写粒子的运动方程是一个非线性薛定谔方程.在小振幅近似下找到了系统的严格解和粒子振动周期,导出了瞬时辐射强度和最大辐射频率. The sine-squared potential and the equivalent magnetic field intensity have been introduced, the motion equation of the particle in bent crystal has been derived, the motion equation and the oscillation period of the particle have been solved exactly by Jacobian elliptic fuanction and the first kind of complet elliptic integrals, the intensity and the spectral properties of channelling radiation in bent crystal discussed.     

正弦平方势与小振幅近似下的弯晶沟道辐射

在理想情况下和经典力学框架内,引入正弦平方势,把粒子在弯晶中的运动方程化为具有外力矩的摆方程。并对系统的相平面特征进行了数值分析。在小振幅近似下,把粒子运动方程化为具有硬特性的弹簧-振子系统,用Jacobian椭圆函数和椭圆积分解析地给出系统的解和粒子运动周期。讨论了弯晶沟道辐射频率、无量纲偏转角和辐射谱的一般特征。指出利用沟道辐射作为激光的可能性。以正电子在碳单晶中沟道辐射为例进行了具体计算,得到了与其他工作基本一致的结果。     

正弦平方势与正电子面沟道辐射的一般特征

引入正弦平方势，在经典力学框架内，将面沟道粒子的运动方程化为标准的摆方程，并用Jacobian椭圆函数和椭圆积分解析地给出系统的解和粒子运动周期，导出了正电子面沟道辐射的瞬时辐射强度、平均辐射强度和辐射谱特征.结果表明，沟道辐射频率己进入γ-能区，并指出了利用它作为短波长激光的可能性. 关键词： 沟道辐射 非线性 正弦平方势     

正弦平方势与环形加速器的弯晶束流引出

在经典力学框架内和偶极近似下, 引入正弦平方势, 把粒子在弯晶中的运动方程化为具有固定力矩的摆方程。 利用Jacobian椭圆函数和椭圆积分分析了系统的相平面特征。 导出了弯晶的最大偏转能量、 退道系数和退道长度。 计算结果表明, 对于曲率半径为1 m, 能量为1.0 GeV的质子, Si(110)面沟道的引出效率为70%; 对于MeV范围的粒子, 退道长度大约是μm量级; 对于TeV范围的粒子, 退道长度可达1 m以上。 In the classical mechanics frame and the dipole approximation the particle motion equation in bent crystal is reduced to the pendulum equation with a constant momentum by using the sine squared potential.The phase planar properties are analysed by means of Jacobian elliptic function and the elliptic integral. The maximum deflected energy, the dechanneling factor and the dechanneled length are derived. The results show that the extrated efficiency is 70% for a proton beam with energy E=1.0 GeV moved in the channel on Si(110) if a radius of curvature R=1 m; and dechanneled length is of the order of μm for the particles with MeV energy; the dechanneled length is above 1 meter for the particle with TeV energy.     

Corrections to the Thomson cross section caused by relativistic effects and by the presence of the drift velocity of a classical charged particle in the field of a monochromatic plane wave

An approach to the solution of the relativistic problem of the motion of a classical charged particle in the field of a monochromatic plane wave with an arbitrary polarization (linear, circular, or elliptic) is proposed. It is based on the analysis of the 4-vector equation of motion of the charged particle together with the 4-vector and tensor equations for the components of the electromagnetic field tensor of a monochromatic plane wave. This approach provides analytical expressions for the time-averaged square of the 4-acceleration of the charge, as well as for the averaged values of any quantities periodic in the time of the reference frame. Expressions for the integral power of scattered radiation, which is proportional to the time-averaged square of the 4-acceleration of the charge, and for the integral scattering cross section, which is the ratio of the power of scattered radiation to the intensity of incident radiation, are obtained for an arbitrary inertial reference frame. An expression for the scattering cross section, which coincides with the known results at the circular and linear polarizations of the incident waves and describes the case of elliptic polarization of the incident wave, is obtained for the reference frame where the charged particle is on average at rest. An expression for the scattering cross section including relativistic effects and the nonzero drift velocity of a particle in this system is obtained for the laboratory reference frame, where the initial velocity of the charged particle is zero. In the case of the circular polarization of the incident wave, the scattering cross section in the laboratory frame is equal to the Thompson cross section.     

Dynamics of cubic–quintic nonlinear Schr?dinger equation with different parameters

We study the dynamics of the cubic–quintic nonlinear Schr?dinger equation by the symplectic method. The behaviors of the equation are discussed with harmonically modulated initial conditions, and the contributions from the quintic term are discussed. We observe the elliptic orbit, homoclinic orbit crossing, quasirecurrence, and stochastic motion with different nonlinear parameters in this system. Numerical simulations show that the changing processes of the motion of the system and the trajectories in the phase space are various for different cubic nonlinear parameters with the increase of the quintic nonlinear parameter.     

一个非线性力学问题的解析解

研究质点相对旋转光滑圆环的运动,通过椭圆积分,利用特殊函数得出了系统的解析解,并对质点的运动情况进行了定性分析。     

非相对论粒子高次谐波辐射作为短波长激光的可能性

在经典力学框架内,把粒子在周期外场中的运动方程化为摆方程,利用广义三角函数的Bessel展开讨论了系统存在高次谐波辐射的可能性,并在固定力矩情况下讨论了系统的基本特征。用Jacob ian椭圆函数和第一类椭圆积分解析地给出了无扰动系统的解和振动周期,并用数值方法分析了系统的相平面特征和它的稳定性。结果表明:当外力矩为零时,系统的接受度最大,俘获的电子数最多,辐射强度最强;随着外力矩增加,接受度降低;当无量纲的外力矩为1时,接受度为零,系统处于临界状态。临界状态与系统参数有关,只需适当调节参数,可望输出强度比较大的高次谐波辐射。     

正电子面沟道辐射的非线性特征

经典物理学指出,在电磁场中作加速运动的带电粒子将不断向外辐射能量.在晶体沟道中运动的带电粒子也不例外,晶格场可以使带电粒子的辐射能量达到很高.对于10MeV的正电子,辐射能量可达keV量级.粒子在沟道中的运动行为决定于粒子晶体的相互作用势,常用的相互作用势有Lindhard势、Moliere势和正弦平方势.由于粒子在沟道中的运动行为十分类似于震荡器中运动的自由电子,可望把沟道辐射改造为Χ射线激光或γ射线激光.从Lindhard势出发,将其展开到四次项,在经典力学框架内,粒子的运动方程可以化为含立方项的二阶非线性微分方程,并利用Jacobian椭圆函数和第一类全椭圆积分解析地表示了系统的解和粒子运动周期,导出了正电子面沟道辐射的瞬时辐射强度、平均辐射强度和最大辐射频率,指出了利用沟道辐射作为γ激光的可能性.