激光与相对论电子束相互作用中阿秒X射线脉冲的产生

本文对激光与相对论电子束相互作用产生的阿秒X射线脉冲进行了研究.阿秒X射线脉冲是由于激光被相对论运动的电子束经过汤姆孙后向散射产生的.讨论了等离子体参数对产生的阿秒X射线的影响.发现其波长随着入射激光的频率的增加或电子束的速度增加而减小.选择合适的参数还可以获得"水窗"波段的X射线.还讨论了相对论电子束的密度与其前沿的密度梯度的大小对所产生X射线的转化效率的影响. 关键词： 阿秒X射线脉冲 汤姆孙后向散射 超强激光 相对论电子束     

相对论电子探测谱仪的设计及标定

考虑电子的相对论效应,根据电磁学理论和相对论公式建立了电子磁谱仪的原理;按照该原理设计了电子的磁谱仪,用补偿磁路改善了磁场的均匀性;按照磁谱仪的结构对其进行了测试和标定;以LiF热释光探测器作为记录元件,可获得相对论电子的能量分布。实验上典型的测量结果与国外计算机模拟的结果较好地一致,从而证明电子磁谱仪的可靠性。     

强激光与锥型结构靶相互作用准直电子束粒子模拟研究

利用PIC(particle-in-cell)方法模拟研究了超短强激光与锥型三明治结构靶相互作用快电子束的产生和传输,并与锥通道靶、锥丝靶和锥靶在相同激光参数下的作用结果进行了比较.研究发现强激光与锥三明治靶作用产生的快电子能被不同密度材料产生的准静态界面强磁场有效地准直传输.相对其他三种锥型结构靶,锥三明治靶能产生更多数目及更高能量的快电子,提高了激光到快电子的能量转换效率和快电子束的品质,这对快点火能量沉积是有利的.     

引导磁场对收集极中电子能量沉积的影响

理论分析了引导磁场对收集极材料中电子运动的约束作用,推导了引导磁场作用下二次电子的逃逸条件,利用蒙特卡罗方法计算了引导磁场作用下电子束在收集极中的能量沉积规律。研究结果表明:引导磁场对电子在材料内部的运动约束作用很弱,对二次电子有强约束作用;大部分二次电子经拉莫回旋再次轰击在收集极上被收集,逃逸的二次电子沿引导磁场方向进入束波作用区;增大电子的入射角度时,束流密度的降低和二次电子的再次入射降低了收集极中电子的最大沉积能量密度,提高了收集极的耐电子轰击能力。     

L-shell ionization of atoms by relativistic electrons

A theoretical study of theL-shell ionization of atoms by relativistic electrons is made for atomic numbers in the range 47 to 92. A new potential model recently proposed by Das and Chakraborty dealing with atomic screening effect in a better way has been used. The results are in satisfactory agreement when compared with some available experimental results and also with the theoretical results of Scofield.     

Simulation of a chirped femtosecond relativistic laser pulse interaction with underdense plasma by using a hydrodynamic approach

A chirped laser pulse indicates that the laser frequency changes over the duration of the pulse: a positively (negatively) chirped pulse implies that the laser frequency increases (decreases) with time. In this paper, we use a simplified, fully relativistic hydrodynamic approach to simulate the influence of chirp on the propagation of a femtosecond relativistic laser pulse in underdense plasma. Based on this simplified cold‐fluid model, the influence of chirp on the main dynamics of the laser pulse, such as self‐steepening, red‐shift in the leading edge, variation of the frequency chirp, and the generated wakefields can be studied self‐consistently. The simulation results show that a pulse with a positive chirp results in a larger increment in the intensity parameter a₀ when propagating a certain distance into an underdense plasma compared with an un‐chirped and a negatively chirped pulse, which is largely because of a much greater forward shift of the peak amplitude and more severe pulse self‐steepening effect due to the frequency red‐shift at the leading edge when exciting a plasma wave. The ponderomotive force, which relates to the first‐order differential of the laser pulse intensity envelope, is expected to be stronger for a positively chirped pulse because of its steeper leading edge and larger intensity parameter a₀. As a result, the wakefield driven by the positively chirped laser pulse is more intense than that driven by an un‐chirped and a negatively chirped laser pulse, which is confirmed by our self‐consistent hydrodynamic simulation.     

Scattering of relativistic electrons by a focused laser pulse

The problem of the motion of a classical relativistic electron in a focused high-intensity laser pulse is solved. A new three-dimensional model of the electromagnetic field, which is an exact solution of Maxwell’s equations, is proposed to describe a stationary laser beam. An extension of the model is proposed. This extension describes a laser pulse of finite duration and is an approximate solution of Maxwell’s equations. The equations for the average motion of an electron in the field of a laser pulse, described by our model, are derived assuming weak spatial and temporal nonuniformities of the field. It is shown that, to a first approximation in the parameters of the nonuniformities, the average (ponderomotive) force acting on a particle is described by the gradient of the ponderomotive potential, but it loses its potential character even in second order. It is found that the three-dimensional ponderomotive potential is asymmetric. The trajectories of relativistic electrons moving in a laser field are obtained and the cross sections for scattering of electrons by a stationary laser beam are calculated. It is shown that reflection of electrons from the laser pulse and the surfing effect are present in the model studied. It is found that for certain impact parameters of the incident electrons the asymmetic ponderomotive potential can manifest itself effectively as an attractive potential. It is also shown that even in the case of a symmetric potential the scattering cross section contains singularities, known as rainbow scattering. The results are applicable for fields characterized by large (compared to 1) values of the dimensionless parameter η² = e ²〈E ²〉/m ²ω² and arbitrary electron energies.     

长脉冲相对论速调管放大器的初步实验研究

 介绍了L波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的强流相对论电子束(IREB)的调制及微波提取等方面的实验研究。重点分析了束流经过中间腔间隙调制后束流脉冲缩短和输出微波脉冲缩短问题，经过对注入微波、中间腔和输出腔等参数的调节，得到了比较强的基波调制电流和微波辐射。采用446kV/3.0kA/1.4μs的空心电子束，经过四腔放大后，得到381MW/200ns的辐射微波，束波转换效率28%，增益34dB。     

长脉冲相对论速调管放大器的初步实验研究

介绍了L波段长脉冲相对论速调管放大器(RKA)的强流相对论电子束(IREB)的调制及微波提取等方面的实验研究。重点分析了束流经过中间腔间隙调制后束流脉冲缩短和输出微波脉冲缩短问题,经过对注入微波、中间腔和输出腔等参数的调节,得到了比较强的基波调制电流和微波辐射。采用446kV/3.0kA/1.4μs的空心电子束,经过四腔放大后,得到381MW/200ns的辐射微波,束波转换效率28%,增益34dB。     

强激光对典型激光制导光电探测器的干扰效应研究

为了达到对激光制导武器的有效干扰目的,需要分析强激光对典型激光制导光电探测器的干扰效应。理论分析和数值计算表明四象限光电二极管和成像型CCD的光学饱和阈值较低,很容易达到光学饱和。在功率密度10MW/cm2,脉冲宽度5ns的单脉冲激光辐照下即可产生300K的温升,在多脉冲温升的累积作用下,光电探测器的基底材料很容易达到熔点,从而造成不可逆的永久损伤。     

拉曼型自由电子激光器中相对论电子运动稳定性的比较研究

拉曼型自由电子激光器作为一种兆瓦级高功率毫米波、太赫兹波辐射源, 其电子的运动稳定性对整体器件的性能至关重要.本文采用科尔莫戈罗夫熵方法, 以典型的麻省理工学院公布的实验数据为例, 比较研究拉曼型正向导引磁场和反向导引磁场两类自由电子激光器中相对论电子的运动稳定性. 结果表明:摇摆器绝热压缩磁场对电子运动的稳定性无实质性影响, 但对电子运动影响大; 电子束自身场在拉曼型正向导引磁场自由电子激光器中使电子运动稳定性变差, 而在拉曼型反向导引磁场自由电子激光器中则可改善电子运动稳定性. 关键词： 拉曼型自由电子激光器 相对论电子运动稳定性 科尔莫戈罗夫熵 电子束自身场     

不同偏振态下的飞秒激光脉冲与铝靶相互作用中超热电子的产生

研究了P偏振、S偏振和圆(C)偏振态下亚相对论强度飞秒激光脉冲与铝靶相互作用时产生的超热电子的能谱和靶背向角分布，并对S偏振产生的超热电子的特殊角分布通过引入表面磁场的概念进行了定性解释. 关键词： 超短超强激光 等离子体 超热电子 表面磁场     

Computation of triple differential cross-sections with the inclusion of exchange effects in atomic K-shell ionization by relativistic electrons for symmetric geometry

The triple differential cross-section for K-shell ionization of silver and copper atoms by relativistic electrons have been computed in the coplanar symmetric geometry with the inclusion of exchange effects following the multiple scattering theory of Das and Seal [1] multiplied by suitable spinors. Present computed results are marginally improved in some cases from the previous computed results [2]. Present results are compared with measured values [3] and with previous computation results [2]. Some other theoretical computational results are also presented here for comparison.      

电子在线极化相对论强度驻波场中的散射研究

研究了线极化相对论激光驻波场中的电子运动,分析了偏振面内入射的电子在激光驻波场中的散射与电子初始位置、能量以及激光强度的关系.结果表明,电子在驻波场中的散射情况与电子对激光的相对能量γ₀/a₀密切相关.对于同样的激光强度,电子初始能量存在一个能够发生前向或背向散射的临界值.光强越大,电子发生前向散射的初始能量临界值越大.用电子相对能量来衡量,这个临界值大约在1.0一1.25范围内.当相对能量超过该值,电子运动会从背向变为前向散射.电子在驻波场中的振荡中心和有质动力逆转效应的存在也是有条件的,二者只有电子相对能量γ₀/a₀在一定取值范围内才可能存在.相对能量越小,电子能发生前向散射的入射驻波面越小,而低能电子更倾向于从波节透过.在偏振面内入射的电子在高强度驻波场中会发生非弹性散射,电子与场会发生高能量交换.     

计算全息图产生的锥面波在激光准直中的应用

本文提出了用计算全息图产生锥面波的方法.将全息图置于激光光路中,它的衍射图样中心在空间形成了一条准直线.文中对锥面波的传播、准直精度及准直距离作了理论分析,给出了实验结果.     

电子回流对相对论速调管稳定工作的影响

模拟研究了电子束电压、电流及注入微波功率等参数对相对论速调管放大器中电子回流产生的影响,模拟发现注入微波过高、电子束电压过低及电子束电流过大都会导致电子回流。同时研究了回流电子对相对论速调管稳定工作的影响,研究发现,电子的回流会引起自激振荡,进而导致锁频锁相失败,器件不能稳定工作。     

超热电子产生的靶后相干渡越辐射光谱实验研究

利用OMA光学多道分析仪测量了激光与薄膜靶相互作用中产生的辐射光谱，在靶后观察到红移的二次谐波发射. 这种二次谐波是v×B加热产生的、具有微脉冲结构的超热电子束在等离子体-真空边界产生的相干渡越辐射(CTR). 随着激光能量的增大，红移峰向长波方向移动，光谱同时发生展宽. 分析认为，等离子体临界面的迅速膨胀是导致二次谐波红移的主要原因. 随着预脉冲能量的增大，临界面膨胀速度增大，导致了发射峰更大的红移. 实验还测量了靶面法线方向的辐射光谱，观察到基频辐射的红移和展宽. CTR为诊断临界面的运动方向和速度提供了一种新的方法. 关键词： 相干渡越辐射 超热电子 超短超强激光 等离子体相互作用     

超短超强激光与固体靶相互作用中超热电子的角分布

用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验。采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布。测量结果显示：能量较高的电子发射的定向性好于能量较低的电子;能量较低的电子呈溅射状发射;能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰,其中,激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果,靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生,且理论预言与实验结果相吻合。     

超短超强激光与固体靶相互作用中超热电子的角分布

 用3TW超短超强激光器进行了激光与固体靶相互作用实验。采用电子角分布仪和LiF热释光探测器探测了超热电子的角分布。测量结果显示：能量较高的电子发射的定向性好于能量较低的电子；能量较低的电子呈溅射状发射；能量较高的电子发射出现两个尖锐的发射峰，其中，激光反射方向的超热电子发射峰则由反射激光、有质动力径向分量、侧向拉曼散射等加速机制共同作用的结果，靠近靶法线方向的超热电子发射峰是由其振吸收机制产生，且理论预言与实验结果相吻合。