电子在紧聚焦激光束中加速的最佳入射

通过数值模拟研究了电子在真空紧聚焦激光束中的动力学行为和能量增益。研究发现对应于两种不同的轨迹，电子可以得到纵向和横向两种电场的加速。阐明了电子的能量增益与电子的入射角和入射动量间的关系。对于给定的激光参数，给出了电子的最佳入射参数。     

紧聚焦飞秒脉冲与石英玻璃相互作用过程中的电子动量弛豫时间研究

本文通过数值模拟(3+1)维扩展的广义非线性薛定谔方程,研究了紧聚焦飞秒激光脉冲在诱导石英玻璃的非线性电离过程中电子动量弛豫时间对于该电离过程的影响.计算结果证明电子动量弛豫时间会直接影响入射脉冲在焦点区域所形成的峰值场强、自由电子态密度和能流等参量的分布态势,因此在与实验结果相比较后发现适合于相互作用过程的电子动量弛豫时间的理论值约为1.27 fs.进一步的研究表明,电子动量弛豫时间与逆韧致吸收效应、雪崩电离的概率、等离子体密度、等离子体的自散焦效果以及间接引起的焦平面位置的移动都有着密切的联系.当前的研究结果表明电子动量弛豫时间在飞秒激光脉冲与物质相互作用的过程中发挥着重要作用.     

第三讲 激光在真空中加速电子

文章简要回顾了真空中激光加速电子的研究进展，着重介绍了真空俘获加速电子的动力学特点和物理机制．出现俘获加速（capture and acceleration scenario，CAS）的经典物理机制是聚焦激光束的衍射效应导致光波沿俘获电子轨迹的有效相速度减慢，以致电子有可能被长时间俘获在加速相位中并从激光场获得足够多的能量．CAS出现需要的入射动量的相空间不小，而且在实验上可以达到．此外，最佳入射动能对激光强度并不敏感，在小角入射时大约在10—20MeV．研究发现，CAS出现需要的激光场强相当高，电子获得的能量在电子进入CAS通道时急剧上升．此外文章还介绍了有质动力加速模型的特点和机制、附加磁场的加速机制．     

电子在强聚焦激光场中的动力学轨道

模拟研究了具有一定初态能带的相对论电子在强聚焦激光场中的动力学特性，发现激光场强达a0=eE／m，cw≥5，有三种典型的动力学轨道：电子俘获加速轨道CAS（Capture＆Acceleration Scenario），非弹性散射轨道IS（Inelastic Scattering），电子穿进轨道PARM（Penetrate into Axial Region and Move）。发现穿进轨道PARM的出现强烈依赖于腰宽w0，住膛宽较小（激光腰宽w0≤30）时较明显，其出现与紧聚焦激光场衍射效应较强有火。在腰宽较小时，随着脉冲长度的减小，PARM的出现概率减小，而IS的出现概率增大。本文探讨了三种轨道物理机制的区别。为聚焦激光场加速电子提供参考。     

异二氯乙烯价壳层轨道电子结构的电子动量谱研究

本文报道了异二氯乙烯分子价壳层轨道电子结构的电子动量谱研究.实验由一台(e,2e)电子动量谱仪在非共面对称的几何条件下开展,入射电子能量为1200 eV.实验获得了异二氯乙烯价壳层各个轨道的电离能谱和电子动量分布.采用Hartree-Fock方法和密度泛函方法结果与实验数据基本一致.研究发现,干涉效应会对2a_2和5b_2这两个Cl孤对电子轨道的电子动量分布产生显著影响.     

异二氯乙烯价壳层轨道电子结构的电子动量谱研究（英文）

本文报道了异二氯乙烯分子价壳层轨道电子结构的电子动量谱研究.实验由一台(e,2e)电子动量谱仪在非共面对称的几何条件下开展,入射电子能量为1200 eV.实验获得了异二氯乙烯价壳层各个轨道的电离能谱和电子动量分布.采用Hartree-Fock方法和密度泛函方法结果与实验数据基本一致.研究发现,干涉效应会对2a_2和5b_2这两个Cl孤对电子轨道的电子动量分布产生显著影响.     

超短脉冲圆极化激光场的一阶修正描述及加速效应

研究了超短脉冲圆极化激光场的一阶修正场,通过数值计算,探讨了入射电子的动力学特性,发现了超短脉冲圆极化激光场中的加速现象.通过研究电子的动力学特性与脉宽的关系发现,近轴近似方程在利用1/ω归一化后,脉宽τ0≤30时(ω为激光频率),仍然适用;而在脉宽τ0>30时,近轴近似方程与一阶修正方程的计算结果出现偏离.在事例τ0=100和τ0=300中,采用一阶修正场方程,研究了电子束团的能量分布与空间分布的特征,发现在脉宽τ0=300的情况下,加速电子数目增多,而且电子束能够发生汇集.     

原子激发态在高频强激光作用下的光电离研究

本文通过数值求解动量空间的三维含时薛定谔方程, 研究了原子高激发态在高频激光脉冲作用下, 在电离阈值附近的光电子能谱和两维动量角分布. 研究结果表明: 在该能量范围内, 单光子电离过程的贡献是最主要的. 体系初态的主量子数可以由光电子能谱峰值的位置来确定; 体系初态的角量子数可以通过光电子的两维动量角度分布确定. 在比较宽泛的参数范围内, 这一规律不随入射激光的强度和脉冲时间宽度的改变而改变, 因此原则上可以利用它对原子的初态进行识别. 此外, 还研究了体系的初态为相干叠加态, 光电子动量谱随着叠加态相对相位的变化规律. 关键词： 阈上电离 激发态 高频激光脉冲 两维动量角度分布     

近阈值下He原子的双电子电离实验中出射电子研究

利用适用于低能电子入射的反应显微成像谱仪，对电子入射He原子近阈值下的双电离过程进行了研究，实验测量了反应后3个粒子的全部动量，获得了出射电子间的关联信息.主要介绍近阈值下的双电离实验装置及实验技术，集中分析反应后出射电子的动量能量关系，对描述近阈值双电离的Wannier理论进行了检验，发现在入射电子能量为106eV时，实验结果具有Wannier理论预言的性质.     

强激光与亚临界密度等离子体相互作用中的近前向散射驱动光子加速机制

通过二维粒子模拟(particle-in-cell)方法研究了强激光与亚临界密度等离子体相互作用中的近前向光子加速机制.该机制利用强激光在亚临界密度气体传输过程中的电离效应产生在纵向和横向上密度分布不均匀的电子等离子体.在纵向上,入射激光电离氦气产生一个陡峭的电子密度前沿分布.在密度前沿处,入射激光与电子等离子体波作用发生近前向散射.散射光频率较激光频率增大,在频谱中产生了第一个特征峰.在横向上,密度不均匀造成电子等离子体波具有不同的相速度并与入射激光相互作用,使入射激光发生近前向散射,在频谱中产生了第2个特征峰.由于密度分布的不均匀性较电子等离子体波的密度扰动大得多,因此基于微扰理论的散射模型和色散关系,如受激拉曼散射,无法解释频谱中两个特征峰的出现.进一步研究发现:在密度不均匀的情况下,入射激光、电子等离子体波和散射光三者之间仍满足动量和能量守恒的三波耦合关系.这能够解释两个特征峰对应的频率和强度增长过程.该研究对于强激光在亚临界密度气体传输过程中的频谱演化具有重要参考意义.     

高斯初始能量分布下自由电子激光饱和状态的统计理论求解

基于高增益自由电子激光饱和状态的统计物理方法,在不同的电子束相空间初始分布下对原有理论进行了发展和推广,借助于多重数值积分技术解决了粒子束一般动量初始分布带来的计算困难,并以更接近实际的高斯动量分布为例进行计算。作为对比验证编写高斯初始动量分布下的直接数值模拟程序,将高斯初始分布同"水袋"两种初始分布的"暖电子束"入射情形下自由电子激光达到饱和时系统的光强、聚束因子和粒子相空间分布均进行相应计算和比较。结果表明:数值模拟和统计计算结果相一致;在目前选取的参数范围内,两种初始分布的相应结果差异并不显著。     

Threshold phenomena in the cross sections for atomic photoprocesses in a strong laser field

Using the effective-range theory in the complex-quasienergy method for describing a weakly bound electron in a laser field, it has been shown that the cross sections for above-threshold ionization and generation of the high harmonics of laser radiation increase significantly (resonant-like) near the threshold of one of the multiphoton ionization channels. The dependence of the enhancement effects on the orbital angular momentum of the bound electron shows that these effects are caused by the threshold phenomena in the cross sections for multichannel reactions that are modified by the strong laser field.     

HfO2薄膜的结构对抗激光损伤阈值的影响

利用蒸发氧化铪和离子辅助蒸发金属铪反应沉积氧化铪薄膜，对两种工艺下制备的氧化铪薄膜进行光学和结构以及激光损伤特性的研究. 实验结果表明，用金属铪反应沉积的氧化铪薄膜不仅结构均匀，并且具有较高的激光损伤阈值. 文章对损伤阈值和薄膜的结构及光学特性之间的关系进行了讨论.     

激光导致水击穿和等离子体形成过程的物理分析

对短脉冲激光作用水介质中引起光学击穿的机制进行了分析,通过自由电子密度速率方程的数值解确定激光的击穿阈值.将数值计算结果与波长在可见光和近红外波段,脉宽为ns、ps和fs的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中的实验测量的击穿阈值作了比较.还计算了等离子体中自由电子密度的演化、等离子体吸收系数和能量密度.通过解自由电子密度速率方程得到结果与实验测量的值符合得很好.     

Nonlinear dynamics of a directly modulated semiconductor laser with cavity detuning

A detailed numerical study of dynamical behavior of a semiconductor laser under current modulation and cavity detuning has been performed on the base of four different models of the active medium which take into account direct transitions between ground subbands, transitions with no k-selection rule between ground subbands and contribution of excited subbands in each of the above-mentioned cases. We have shown that different nonlinear regimes (period doubling, chaos, generalized bistability) can be obtained either with cavity detuning from the gain band maximum or near the laser threshold.It has been established that the shape and principal peculiarities of amplitude detuning characteristics are determined by the relation between the current modulation frequency and maximum resonance frequency of the laser.PACS numbers: 05.45.Pq, 42.55.Px, 42.65.Sf     

离子振荡对低压脉冲负电性放电条件的影响

为了研究该离子振荡及其对低气压负电性放电自持条件的影响，建立了一个整体模型描述低气压正负离子等离子体中离子振荡与少量电子的相互作用. 在模型中引入参数r描述电子流体与电极碰撞后的动量保存(或损失)的程度. 发现体系存在一个临界值r=r_c,它导致了两种不同性质的电子损失机理. 另一临界值r=4r_c决定了两种不同的电子密度随时间增长的阈值. 这使得该阈值随r非单调变化, 进而导致RF负电性脉冲放电主动放电阶段初期的自持放电条件参数空间中可以存在间隙. PIC-MCC 关键词： 负电性放电 脉冲放电 离子振荡     

Nonsequential double ionization of the aligned hydrogen molecule in strong field

This paper studies the nonsequential double ionization(NSDI) process of diatomic molecules aligned parallel and perpendicular to an intense linearly polarized laser field by using a three-dimensional semiclassical model.With this model,it achieves insight into the ion momentum distribution under the combined influence of a two-centre Coulomb potential and an intense laser field,and this result shows the significant influence of molecular alignment on the ratio between double and single ionization rate.Careful investigations show that the NSDI process for different alignment molecules has a close relation to the laser intensity and the different bounding electron distribution has a significant influence on the final ion momentum distribution.     

入射速度对长杆弹垂直侵彻行为的影响规律

 以长杆弹垂直侵彻半无限厚靶板为研究对象,分析了弹体最大侵彻深度与入射速度的关系,研究了弹体入射速度对侵彻最大深度的影响规律。研究表明：靶板的强度和界面效应使弹体在侵彻过程中存在一个临界速度,当入射速度大于临界速度时,弹体的侵彻才能通过开坑阶段进入准稳定阶段,它是造成当入射速度较小时侵彻深度随入射速度的提高而几乎不变或缓慢增加的主要原因;准稳定侵彻过程中弹体速度和侵彻速度基本不变,并且两者存在线性关系,这种关系只与弹体和靶板的材料性能有关,是造成当入射速度较大时侵彻深度随入射速度的提高呈快速线性增大的主要原因。     

驱动激光对砷化镓阴极材料的损伤阈值

砷化镓作为优秀的光电发射材料,被广泛应用于制备阴极材料。砷化镓通常用到的驱动激光是532 nm连续波激光,在相同平均功率的情况下比纳秒脉冲激光的峰值功率低很多,因此在有某些超大电荷量的需求时,就不能避免使用高峰值功率激光照射。所以在砷化镓阴极的使用过程中,需要对其损伤阈值进行测量。基于上述背景,首先通过数值计算得到砷化镓材料的激光损伤阈值,再通过软件模拟加以验证,最后结合实验分析比较其差异。其中数值计算结果为17.811 MW/cm2,模拟结果为19 MW/cm2,而实验结果为13.5 MW/cm2。经过合理的分析,认为砷化镓在作为光阴极材料时的损伤阈值会进一步降低。     

飞秒激光等离子体中电子热传导现象的数值模拟

采用相对论电磁粒子模拟程序研究了飞秒激光等离子体相互作用中产生的电流密度、电场和自生磁场的发展演化过程。介绍了电子的非局域热输运的基本特性以及激光加热过程中温度烧蚀前沿稠密等离子体子区的预热效应、临界面附近的限流效应,以及冕区的反扩散与限流效应,得到了经典Spitzer-Harm理论描述的电子热传导随自生磁场的演化情形。数值模拟表明:在线性强激光作用下,由于电子初始时刻的无规则热运动,在等离子体上激发电磁不稳定性,而不稳定性激发的强电磁场使电子束在非常短的距离内沉积能量,同时对在激光有质动力推开电子时形成的超热电子能量输运产生抑制作用。