多光子非线性Compton散射对激光等离子体中强朗缪尔湍动谱的影响

 基于电子与多光子集团非线性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强缪尔湍动谱的影响,提出了将入射光和散射光作为形成强缪尔湍动的新机制,给出了横等离激元、强朗缪尔激元和离声激元之间相互作用满足的修正方程,并进行了数值模拟.结果表明:Compton散射使横等离激元和朗缪尔激元间的碰撞频率大大增加,随着时间的演化,横等离激元和朗缪尔激元的能量由小波数区向大波数区的转移比散射前要快得多,同时产生剧烈的坍塌.坍塌后期,等离激元的强非线性作用激发出高次共振谐波,使能量从一个谐波转移到另一个谐波,形成无限高次谐波,引起波的破碎,出现由调制不稳定性控制的强朗缪尔湍动、较强的激光成丝和能量均分现象.研究结果为进一步研究强朗缪尔湍动的加速机制、反常碰撞、激光加热实验及快点火实验提供了理论支持.     

激光等离子体中多光子非线性Compton散射的光子加速

利用相对论性电子与光子非弹性碰撞模型，研究了激光等离子体中发生多光子非线性Gompton散射时，由于尾波场的作用而引起的散射光子频率的变化。结果表明，光子可以从激光场中获得能量，在光子总数减少的情况下，光子频率增大，光子获得加速。     

激光等离子体中的强朗缪尔湍动谱分析

通过数值计算完全的萨哈罗夫方程,得到了朗缪尔波能量密度谱图。从一系列的谱图中可以看出,波的塌缩过程是沿着能量密度谱由小波数区域向大波数区域转移,朗缪尔波在塌缩过程中出现成丝现象。通过对获得的朗缪尔波平均能量密度谱进行拟合,得到了朗缪尔波能量密度谱函数。     

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散射对等离子体平面反射电磁波的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和电磁波与等离子体相互作用模型,研究了Compton散射对等离子体平面反射电磁波特性的影响,提出了将Compton散射作为影响等离子体平面反射电磁波的机制,给出了等离子体平面反射电磁波反射率的修正方程,并进行了仿真实验。结果表明：不同频率下,低频段等离子体密度随电场强度增大而迅速增大,到达平衡态时间明显缩短,这是因散射使场强迅速增大,等离子体中粒子发生电离几率增大的缘故。高频入射波使反射波强度减低最多,最后几乎趋于0,这是因散射使等离子体频率高于入射波频率的成分大大增加的缘故。不同频率入射波的反射波频率有微小增大,这是因散射使信号与等离子体复合扩散时间尺度差距缩小,反射波的非线性效应逐步显现的缘故。随碰撞频率增大,低密度等离子体密度增加最快,到达平衡态时间最短,这是因散射使等离子体碰撞频率增大,有更多粒子参与电离的缘故。     

多光子非线性Compton散射对等离子体平面反射电磁波的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和电磁波与等离子体相互作用模型,研究了Compton散射对等离子体平面反射电磁波特性的影响,提出了将Compton散射作为影响等离子体平面反射电磁波的机制,给出了等离子体平面反射电磁波反射率的修正方程,并进行了仿真实验.结果表明:不同频率下,低频段等离子体密度随电场强度增大而迅速增大,到达平衡态时间明显缩短,这是因散射使场强迅速增大,等离子体中粒子发生电离几率增大的缘故.高频入射波使反射波强度减低最多,最后几乎趋于0,这是因散射使等离子体频率高于入射波频率的成分大大增加的缘故.不同频率入射波的反射波频率有微小增大,这是因散射使信号与等离子体复合扩散时间尺度差距缩小,反射波的非线性效应逐步显现的缘故.随碰撞频率增大,低密度等离子体密度增加最快,到达平衡态时间最短,这是因散射使等离子体碰撞频率增大,有更多粒子参与电离的缘故.     

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.     

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。     

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.     

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.     

磁逆多光子非线性Compton散射的能量转换

应用电子与光子非弹性碰撞模型，分析、计算了磁逆多光子非线性COmpton散射中电子与光子间的能量转换。结果表明：磁逆多光子非线性Compton散射前，做Landau运动的电子不是热电子，而是处于激发态的电子，该散射产生高γ射线的几率要比磁逆单光子Compton散射时的几率小；当磁逆多光子非线性Compton散射中的电子被光场俘获时，电子可以从激光场中获得巨大的加速能量，但比多光子非线性Compton散射时获得的能量低。     

Compton散射下激光等离子体纵波色散特性

应用电子与多光子集团非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下激光等离子体纵波色散特性.结果表明:长波支纵色散曲线由解析上的长波、数值计算结果和短波组成,长波支和短波支纵色散均随相对论正负电子对特征温度的增大而增大,随Compton散射引起的频率的增量的增大而降低,且单温激光等离子体的色散曲线与散射前的双温等离子体的色散曲线相似.     

磁逆多光子非线性Compton散射的谱功率

相对论电子在强磁场中的磁逆Compton散射是一种重要的γ射线辐射机制。虽然对该问题的研究已有二十多年的历史，但对磁逆多光子非线性Compton散射谱功率的研究尚未见报道。本文采用电子与光子非弹性碰撞模型，首次给出了磁逆多光子非线性Compton散射的谱功率。     

Compton散射下激光等离子体纵波色散特性

应用电子与多光子集团非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下激光等离子体纵波色散特性.结果表明:长波支纵色散曲线由解析上的长波、数值计算结果和短波组成,长波支和短波支纵色散均随相对论正负电子对特征温度的增大而增大,随Compton散射引起的频率的增量的增大而降低,且单温激光等离子体的色散曲线与散射前的双温等离子体的色散曲线相似.     

磁逆多光子非线性Compton微分散射截面的特性

应用电子与光子非弹性碰撞模型，分析、计算了磁逆多光子非线性Compton微分散射截面的特性。结果表明：该微分散射截面随与电子同时作用光子数及电子与光子碰撞非弹性成分的增大而减小，散射光子的频率逐渐趋于共振频率，但不具有共振性；当电子被光场俘获时，磁逆多光子非线性Compton微分散射截面为一恒定值。     

Compton Scattering and Induced Compton Scattering in a Constant Electromagnetic Field

The spectral and angular distributions for the Compton effect in a constant electro-magnetic field are obtained. The possibility of the existence of the induced Compton scattering in an external field (i.e. two-photon emission, one of the two photons being induced by the incident wave) is demonstrated. In the case of a constant magnetic field the deviation from the Klein-Nishina formula of the obtained distribution for the Compton effect as well as the behaviour of the distribution for the induced Compton effect are discussed. The optimal region of the parameters for the possible experimental test of these effects is given.     

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.