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。并研究发现：散射使等离子体中电子密度峰值增大1个量级,半径增大1mm。激光最大功率密度被限制在1018W/m2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。     

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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.     

Compton散射对激光等离子体通道寿命的影响

为了研究多光子非线性Compton散射对飞秒激光退吸附作用对等离子体通道寿命的影响,应用多光子非线性Compton散射模型和强飞秒激光在空气中产生等离子体通道内带电粒子动力学模型,提出了多光子非线性Compton散射是影响等离子体辐射阻尼和通道寿命的一个重要机制,给出了等离子体通道中带电粒子的修正动力学方程,并进行了数值计算和实验研究.结果表明:散射削弱了自由电子对氧分子的吸附和正负离子的复合,有效地补偿了等离子体的辐射阻尼效应,后续激光脉宽和间隔以及Compton散射是影响等离子体辐射阻尼和通道寿命的关键因素,理论计算与实验结果较好的吻合.     

Compton散射对激光等离子体通道寿命的影响

为了研究多光子非线性Compton散射对飞秒激光退吸附作用对等离子体通道寿命的影响,应用多光子非线性Compton散射模型和强飞秒激光在空气中产生等离子体通道内带电粒子动力学模型,提出了多光子非线性Compton散射是影响等离子体辐射阻尼和通道寿命的一个重要机制,给出了等离子体通道中带电粒子的修正动力学方程,并进行了数值计算和实验研究。结果表明：散射削弱了自由电子对氧分子的吸附和正负离子的复合,有效地补偿了等离子体的辐射阻尼效应,后续激光脉宽和间隔以及Compton散射是影响等离子体辐射阻尼和通道寿命的关键因素,理论计算与实验结果较好的吻合。     

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。     

超强激光与等离子体作用中的能量输运

应用多光子非线性Compton散射模型和数值计算方法,研究了Compton散射对超强激光与等离子体作用中能量输运的影响,提出了将Compton散射光和入射超强光作为电子能量输运的新机制,给出了电子热传导新模型和能量输运数值计算结果。结果表明:散射使等离子体中Weibel不稳定性和自生磁场增强效应导致耦合光传输方向的电子密度显著减小,更多激光能量以热流形式分布在横向方向。散射使电子吸收能量的时间缩短和自生磁场线性阶段最大增长率增大效应导致等离子体表面处沿耦合激光横向方向的热流几乎被完全限制,电子在激光传输方向的能量显著增加。     

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应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对Compton散射对时变非磁化等离子体光子晶体禁带的影响进行了研究,提出了将多光子非线性Compton散射电磁波和入射电磁波作为等离子体光子晶体产生光子禁带的新机制,给出了电磁场的Maxwell方程组和叠代方程的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,Compton散射使等离子体禁带宽随等离子体上升时间的增大比散射前有明显减小而最后趋于定值,均匀等离子体透射率峰值比线性等离子体增大得更多,利用Compton散射可实现对光子禁带的控制。     

Compton散射对等离子体中亚皮秒超高斯脉冲传输特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型、非线性薛定谔方程及龙格-库塔算法和变分法,研究了Compton散射对亚皮秒超高斯脉冲在等离子体传输的影响,给出了该脉冲传输演化的修正方程,并进行了数值计算,结果表明:与Compton散射前相比,Compton散射使脉宽压缩程度和非线性效应增大,脉冲展宽降低,非线性增强效应有效地削弱了色散效应;使脉宽趋于最大和最小时频率抖动,啁啾不为0;使超高斯脉冲振幅、啁啾和脉宽随传输距离增大振荡演化加快,频率和相位呈线性关系的抖动,脉冲中心位置呈准线性关系;Compton散射对超高斯脉冲保形传输有重要影响。     

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。     

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.     

Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对多光子非线性Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙特性的影响进行了研究,提出将入射和散射光作为形成光子带隙的新机制,对电磁波方程进行了修正.结果表明:与Compton散射前相比,散射使电磁波幅值衰减更快|随等离子体密度增加,透射谱禁带宽度几乎无变化,其中心频率向高频方向有明显移动,向上的峰值有较大增加,反射谱向下的峰值有明显减小|随温度增加,透射谱禁带宽明显减小,向上的峰值略有减小,透射能量有所降低|随两种介质介电系数比增加,光子禁带数增加,且带隙间距显著减小.     

空气中激光等离子通道的演变和控制

为精确再现超强飞秒脉冲激光在大气中的传输特性,有效控制激光诱导等离子体通道的性能参数,基于扩展的非线性薛定谔方程,研究了空气中产生的等离子通道的演变过程。该模型在考虑衍射、色散和多光子效应的基础上,引入了拉曼散射、等离子体尾波场和相对论自聚焦等多种效应。讨论了电子密度和光强通量的空间分布特性,运用分步傅里叶法和有限差分法得到了电子密度和光强通量的分布,仿真结果显示,激光波长、单脉冲能量、脉宽和束腰半径等初始参数的变化将对等离子体通道的演变产生显著影响,为超短脉冲强激光在大气中成丝位置和形态控制提供了可能的途径。     

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应用电子与多光子集团非线性Compton散射模型,将入射和散射光作为离子的传输机制,研究了Compton散射下多束相干强耦合激光等离子体中离子的运动,给出了相对论离子动力学方程,并进行了数值模拟。研究发现,散射使光的传播速度减小,系统的矢势和标势增大,由入射和散射光形成的多束相干强耦合激光能使质子加速到5.40GeV的能量,而耦合轴向电场在其中起着关键作用。     

Compton散射下等离子体中的离子加速

应用电子与多光子集团非线性Compton散射模型,将入射和散射光作为离子的传输机制,研究了Compton散射下多束相干强耦合激光等离子体中离子的运动,给出了相对论离子动力学方程,并进行了数值模拟。研究发现,散射使光的传播速度减小,系统的矢势和标势增大,由入射和散射光形成的多束相干强耦合激光能使质子加速到5.40GeV的能量,而耦合轴向电场在其中起着关键作用。     

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。     

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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。     

Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响进行了理论分析和数值模拟。结果表明,与Compton散射前的情况相比,Compton散射使低温低频处光子禁带中存在缺陷模的明显度降低,缺陷模频率增大,缺陷模和透射率峰值减小;使高温高频处缺陷模和透射率峰值、缺陷模频率显著增大,禁带宽减小,缺陷模位置向高频方向移动。随着电子密度的增大,散射减小了禁带增大效应和缺陷模减小效应,增强了缺陷模频率增大效应;随着电子密度的降低,散射增强了禁带变窄效应、缺陷模峰值增大效应和缺陷模频率减小效应。利用Compton散射,可实现对缺陷模密温特性的有效控制。