任意椭圆偏振激光场非线性汤姆逊散射的一般表述与X射线产生的优化条件

基于相对论条件的电动力学,解析求解了任意椭圆偏振条件下激光场的非线性汤姆逊散射的一般表示.利用解析结果得到了背向非线性汤姆逊散射高次谐波的极值条件.结果表明对于基频背向汤姆逊散射,在相同条件下,圆偏振激光具有最大值而线偏振是最小值,如果激光偏振态从圆偏振连续的过渡到线偏振,背向汤姆逊散射的角功率随之单调递减.这一效应对高强度入射激光尤为重要,当 a² >5时,圆偏振情形的贡献几乎是线偏振的2倍.这对基于汤姆逊散射机制的X射线源实验研究具有重要参考意义. 关键词： 非线性汤姆逊散射 偏振度 极值     

影响单电子非线性汤姆孙散射因素的研究

应用电子汤姆孙散射的经典理论，通过理论分析和计算机模拟，研究了超短超强激光脉冲作用下电子产生的辐射脉冲的性质.计算表明，在这种情况下，电子的辐射通常以阿秒脉冲列的形式出现.讨论了不同激光场参数（包括激光强度、脉宽、初相位和偏振态）、不同电子初始状态（初始速度和位置）对辐射脉冲的时间和空间特性的影响.通常在相对论光强条件下，激光强度越大，电子辐射越强，脉宽越窄，中心频率越大，并且方向性越好；电子在线偏振激光中产生的辐射效率，比在同样强度下圆偏振激光中产生的效率更高；无论入射光是线偏振光，还是圆偏振光,辐射场呈现较复杂的偏振态, 并且它与辐射方向有关.当电子具有一定的初始能量时，通常辐射场的振幅随电子初始能量的增大而增大.不管电子的初始能量以及运动方向如何，做相对论运动的电子产生的辐射趋向于出现在靠近电子运动方向的角度区域.     

超强激光作用下相对论电子振荡所导致的谐波辐射

研究发现，在超强激光作用下电子运动的相对论效应可导致高次谐波辐射，采用单电子模型计算分析了不同偏振微光作用下的高次谐波发射，表明圆偏振激光较线偏振激光更有利于高次谐波产生。     

基于FORTRAN的双色圆偏振激光场光电离的电子涡旋研究

通过求解二维含时薛定谔方程的方法研究了双色反旋圆偏振激光场中He+光电子的电子涡旋.我们用FORTRAN语言编程模拟He+在双色反旋圆偏振激光场中光电子动量分布,发现He+在双色反旋圆偏振激光场中光电子动量分布呈涡旋结构,并且当改变两束激光脉冲的发射顺序时,电子旋涡也会随之发生改变.同时,我们还发现反旋激光场的电子涡旋...     

海面的激光散射特性

 基于随机面元模型，建立了海面对激光散射的理论模型，详细分析了海面散射的退偏振特性。理论分析表明：除后向外其它方向的散射光都存在部分退偏振现象；但是浮于海面上或悬浮于海面的物体表面对激光散射所具有的退偏振特性明显不同于海面散射的退偏振特性。因此可以根据这些差异来遥感海面的漂浮或悬浮物体，该结论已经被实验证实。     

紧聚焦激光束作用于电子实现单个阿秒脉冲输出

研究了电子在聚焦的圆偏振高斯激光束中的非线性汤姆孙散射过程，在此基础上提出了实现单个阿秒脉冲输出的新机理.通过计算机模拟，发现利用紧聚焦的激光脉冲可以有效地增大辐射脉冲链的最高峰和次高峰的峰值强度比即信噪比，从而将阿秒脉冲链变为单个阿秒脉冲输出.紧聚焦情形下，随着驱动激光强度的增大，辐射信号的脉宽变短，信噪比变大；同时当减小激光束腰半径时，辐射信号信噪比也能得到有效改善.研究还发现，利用几个光周期的极短激光脉冲与电子的相互作用也能实现单个阿秒脉冲输出. 关键词： 阿秒脉冲 紧聚焦 信噪比     

激光偏振参量对光场感生电离电子碰撞机制等离子体电离参量的影响

以基于光场感生电离电子碰撞机制的类钯氙系统为例，计算并讨论了不同抽运激光偏振对等离子体的电离速率、阈值激光强度、电子在激光场中的剩余能量、各电荷态相对集居数、初始电子能量分布等电离参量的影响，计算结果表明，在相同的激光功率密度下，激光偏振对类钯氙41.8nm4d^95d^1S0-4d^95p^1P1跃迁的X射线激光放大影响很大，圆偏振激光抽运更有利于类钯氙41.8nm4d^95d^1S0-4d^95p^1P1跃迁的X射线激光放大的实现。     

强激光脉冲中高能电子辐射的时间演化研究

为了研究圆偏振强激光脉冲中高能电子辐射随时间的演化，在拉格朗日方程和电子能量方程的基础上，构建了高能单电子与强激光脉冲相互作用的模型，采用MATLAB对此过程进行模拟和计算，得到了电子辐射的空间分布随时间演化的仿真图像。结果表明，受圆偏振紧聚焦强激光脉冲作用的电子所发出的电磁辐射能量会随时间由外而内呈现涡旋状的空间分布，且在约1000 fs后集中在中心；辐射向内集中的速度会随时间逐渐放缓。此外，单位立体角辐射能量的最大值也会随时间递增，且变化速度先增大后减小。在450 fs附近，辐射能量到达平台期，此后继续缓慢增加，直至1000 fs后稳定在1.18×10^-12 J/cm²。此结果表明，可以通过控制电子与激光相互作用的时间，更快得到符合实验要求特性的电子辐射。     

激光驱动尾波场加速电子诱导光核嬗变

提出了一种基于激光尾波场加速电子诱导光核嬗变的优化方案并开展了135Cs光核嬗变的数值模拟研究。蒙特卡罗模拟研究发现随着电子能量的增加，嬗变产额逐渐趋于饱和，单位能量电子的嬗变效率在40 MeV附近时存在峰值，半高处能量为20、120 MeV。为了提升半高处能量内的电子电量从而优化嬗变产额，使用粒子模拟程序研究了超短超强激光在气体等离子体中的传输过程。研究结果发现，随着等离子体密度的降低，尾波场加速的电子能量逐渐升高，但是电荷量逐渐减少，并且圆偏振激光加速的电子能量和电荷量均优于线偏振激光。通过调整等离子体密度和激光偏振，发现在圆偏振激光和特定等离子体密度条件下，存在嬗变产额的最优值。利用电导率等效方法对345 GHz折叠波导行波管中的电磁信号的传输损耗进行了仿真研究，考察了流通管孔径、加工粗糙度等对冷腔传输损耗的影响，流通管孔径较大或加工粗糙度较大都会导致电磁信号传输衰减严重。还模拟分析了热腔中电磁信号衰减对慢波结构净增益、带宽、最佳周期数等器件特征参数的影响，结果显示，电磁信号衰减会使得增益下降和带宽降低。     

激光偏振状态对磁化等离子体中电磁孤波的影响

强激光与等离子体之间相互作用,能够产生各种参量不稳定性过程和非线性效应。利用Karpman方法推导出横场包络所满足的非线性控制性方程,在一维情况下,获得孤波解。对孤波解进行分析,发现波包孤子的半宽反比于振幅;分析磁化等离子体中各参量对孤波半宽的影响。结果表明,在右旋圆偏振激光情况下,随着电子数密度的增大,孤波的半宽逐渐减小,而当磁场强度增大时,孤波的半宽逐渐增大;在左旋圆偏振激光情况下,随着电子数密度的增大,孤波的半宽逐渐增大,而当磁场强度增大时,孤波的半宽逐渐减小。     

强激光与固体靶作用产生的表面电子加速和辐射研究

利用单电子在固体靶表面准静态电磁场中运动的模型和非线性汤姆孙散射理论,研究了以大角度斜入射的强激光照射在固体靶表面产生的沿靶面方向发射的高能超热电子的运动及其产生的电磁辐射脉冲. 数值模拟表明,靶表面的电子在靶面附近的准静态电磁场和反射的激光场中作振荡. 当电子振荡频率接近激光频率时,电子被有效加速,被加速的电子主要沿靶面方向运动并产生向前的阿秒脉冲辐射. 讨论了电子在加速前的不同初始速度分布对辐射脉冲的时间和空间特性的影响,模拟了不同初始状态的多电子相干辐射脉冲的频谱特性. 关键词： 表面准静态电磁场 超热电子 阿秒脉冲 相干辐射     

Thomson scattering from ultrashort and ultraintense laser pulses

The Thomson scattering in an ultraintense ( approximately 10(18) W cm(-2)) and ultrashort (20 fs) laser field is calculated that demonstrates different characteristics from those of the low-intensity field case. The electron trajectory no longer conforms to a figure-eight pattern, and the spectra demonstrate complex shifting and broadening to suggest that Thomson scattering can be used for characterizing pulsed lasers. The initial phase at the electron entrance of the field can critically affect the Thomson scattering, but its effect is weighted by the intensity profile of the field. As a result, the fourfold symmetry of the radiation pattern breaks down when the electron enters the field closer to the pulse peak. The relationship between the Thomson scattering and Compton scattering in the high field is analyzed.     

Observation of the second harmonic in Thomson scattering from relativistic electrons

A free relativistic electron in an electromagnetic field is a pure case of a light-matter interaction. In the laboratory environment, this interaction can be realized by colliding laser pulses with electron beams produced from particle accelerators. The process of single photon absorption and reemission by the electron, so-called linear Thomson scattering, results in radiation that is Doppler shifted into the x-ray and gamma-ray regions. At elevated laser intensity, nonlinear effects should come into play when the transverse motion of the electrons induced by the laser beam is relativistic. In the present experiment, we achieved this condition and characterized the second harmonic of Thomson x-ray scattering using the counterpropagation of a 60 MeV electron beam and a subterawatt CO2 laser beam.     

Dissipation of strong Langmuir turbulence in nonisothermal non-Maxwellian plasma

The regime of strong Langmuir turbulence characterized by the plasma nonisothermality and by the presence of an appreciable non-Maxwellian hot-electron component was experimentally studied. Turbulence was excited in the preliminary produced plasma by the relativistic electron beam. Thomson scattering of laser IR radiation served as the main diagnostic method. The spatial spectra of the Langmuir turbulence and of the attendant ion-sound turbulence were studied using Thomson collective scattering. Thomson incoherent scattering was used for studying the plasma electron distribution function and searching for the local dips of plasma density. Stark spectroscopy of turbulent microfields and the method of observation of plasma radiation at the double plasma frequency were also used. Based on the experimental data, the mechanism of Langmuir oscillation damping by plasma electrons was analyzed. The Langmuir wave conversion induced by the ion-sound turbulence is the most probable channel for energy transfer from the turbulence to plasma electrons, the low-frequency fluctuations being the direct consequence of the strong Langmuir turbulence.     

激光在相对论磁化等离子体中的集体散射

激光在完全电解等离子体中集体散射截面等于单个电子的汤姆逊散射截面乘以结构因子，结构因子由电子密度涨落确定。在考虑电粒子间电磁相同作用基础上，给出激光在相对论磁化等离子体中散射的结构因子谱的解析表示式。     

X-ray radiation from nonlinear Thomson scattering of an intense femtosecond laser on relativistic electrons in a helium plasma

We have generated x-ray radiation from the nonlinear Thomson scattering of a 30 fs/1.5 J laser beam on plasma electrons. A collimated x-ray radiation with a broad continuous spectrum peaked at 0.15 keV with a significant tail up to 2 keV has been observed. These characteristics are found to depend strongly on the laser strength parameter a(0). This radiative process is dominant for a(0) greater than unity at which point the relativistic scattering of the laser light originates from MeV energy electrons inside the plasma.     

On the theory of nonlinear Thomson scattering of a highly focused laser pulse

The problem of nonlinear Thomson scattering of an ultrashort laser pulse on free electrons from a sharp focus is solved within the test particle approach. To describe the laser beam fields, an exact solution to the Helmholtz equation is used, which allows simulation of the electron dynamics and emission when the paraxial approximation is certainly inapplicable. Characteristics of attosecond electromagnetic pulses of secondary emission from test electrons during their motion near the laser focus are studied.     

初始相位对周期量级激光脉冲Thomson散射特性的影响

 用电子Thomson散射的经典理论,研究了周期量级激光脉冲作用下电子Thomson散射的特性,讨论了不同激光强度下,激光脉冲的初始相位对电子辐射的空间分布以及特定方向上频谱分布特性的影响。计算表明:对弱激光脉冲,电子辐射的空间分布类似于偶极天线的对称双叶结构,初始相位对电子的辐射几乎没有影响;而对强激光脉冲,电子辐射的空间分布出现了三叶结构,初始相位对电子的辐射影响非常显著。     

拍瓦激光与铜靶作用产生光核中子的数值模拟研究

激光驱动中子源由于中子通量高、短脉冲等特点受到广泛关注。通过辐射流体动力学、粒子动力学和蒙特卡罗三种数值模拟程序的组合使用,对超短强激光与铜靶作用产生光核中子进行了全物理过程模拟。首先使用辐射流体动力学程序获得激光预脉冲产生的预等离子体密度分布,然后将预等离子体输入粒子动力学程序获得超短强激光主脉冲产生的超热电子信息,最后将超热电子输入蒙特卡罗程序得到光核中子。模拟获得了光核中子的产额、能谱和角分布信息,发现采用强度1022 W/cm2激光、直径和厚度均为4 cm的Cu圆柱靶,可以获得产额为1.2108/J的光核中子。