超强脉冲激光在低密度等离子体中的相对论自导引效应

分析了相对论条件下激光超短脉冲在等离子体中的传输特性 ,在傍轴近似和慢变振幅近似条件下 ,推导了折射率、电子密度、静电场以及电子空腔尺度的表达式。当激光功率超过产生自导引阈值功率时 ,激光束斑沿着传输光轴方向振荡。在有质动力产生的压力非常强时 ,聚焦光束中央部分的电子被全部排开形成电子空腔。给出了电子空腔的尺寸以及在出现电子空腔时的处理方法。在超过形成电子空腔的阈值功率 (Pc≈ 2 .5TW )时 ,空腔的尺度几乎与激光功率无关 ,这意味着电子空腔阻止了激光脉冲的进一步聚焦。     

超强脉肿激光在低密度等离子体中的相对论自导引效应

分析了相对论条件下激光超短脉冲在等离子体中的传输特性，在傍轴近似和慢变振幅近似条件下，推导了折射率、电子密度、静电场以及电子空腔尺度的表达式。当激光功率超过产生自导引阈值功率时，激光束斑沿着传输光轴方向振荡。在有质动力产生的压力非常强时，聚焦光束中央部分的电子被全部排开形成电子空腔。给出了电子空腔的尺寸以及在出现空腔时的处理方法。在超过形成电子空腔的阈值功率（Pc≈2.5TW)时，空腔的尺度几科与激光功率无关，这意味着电子空腔阻止了激光脉冲的进一步聚焦。     

相对论激光在Maxwell分布等离子体中产生的高次谐波

 研究了强激光与具有初始速度分布的等离子体作用产生的高次谐波。结果表明，对于Maxwell速度分布的等离子体，由于电子初始时刻的无规则热运动，在一定程度上抹平了辐射功率在谐波谱上的分布，使得高次谐波的辐射增强，低次谐波的辐射有所减弱，有利于高次谐波的产生。     

相对论激光在Maxwell分布等离子体中产生的高次谐波

研究了强激光与具有初始速度分布的等离子体作用产生的高次谐波。结果表明,对于Maxwell速度分布的等离子体,由于电子初始时刻的无规则热运动,在一定程度上抹平了辐射功率在谐波谱上的分布,使得高次谐波的辐射增强,低次谐波的辐射有所减弱,有利于高次谐波的产生。     

相对论电子束在等离子体中的能量沉积

 用3维粒子模拟程序LARED-P研究了束-等离子体不稳定性, 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。对于10 MeV的单能电子束,束电子数目占总电子数目5％的情况下,最终约损失14％的束能量。推导了等离子体的色散关系,得出了增长率。     

相对论电子束在等离子体中的能量沉积

用3维粒子模拟程序LARED-P研究了束-等离子体不稳定性, 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。对于10 MeV的单能电子束,束电子数目占总电子数目5％的情况下,最终约损失14％的束能量。推导了等离子体的色散关系,得出了增长率。     

强流相对论电子束在磁化等离子体中的传输

本文研究了相对论电子束在磁化等离子体中的传输。采用电荷中和及磁中和模型,求解了束-等离子体系统的初值问题,得到了等离子体的响应函数。结果表明:与非磁化等离子体一样,磁化等离子体也可以传输任意大电流密度的电子束;在VA《γ_0m/m_i)~(1/2)c的条件下,弱纵向外磁场只对等离子体的响应函数有影响,不改变电子束的传输。     

相对论电子束在磁化等离子体中的能量损失

本文研究了相对论电子束(REB)在磁化等离子体中的能量损失。导出了REB能量损失的一般表达式,并用数值方法分析了能量损失与参量之间的关系。结果表明,在一定的参数范围内,磁场对REB能量损失有极重要的影响。     

在稀薄等离子体中激光传播的相对论自聚焦

讨论超强、超短脉冲激光在稀薄等离子体中传播过程的某些性质;用二维快速傅立叶变换求解波动方程.相对论自聚焦的基本方程包括非线性源项和衍射的影响.由于有质动力和相对论的影响,使等离子体的频率降低,从而使折射指数发生改变,影响激光在等离子体中的传播.在入射激光功率(p)超过临界功率(p_c)时,激光在传播过程中产生自聚焦;反之,激光在传播过程中逐渐衰减,不产生自聚焦.     

相对论电子束在动态加载等离子体中的自聚焦传输

为了进一步研究相对论电子束-离子通道辐射实验和理论的需要, 研究了相对论电子束入射中性气体以及通过碰撞电离动态加载等离子体实现对高能束流的自聚焦传输过程PIC(particle in cell) 模拟发现, 电子束电离出的离子背景能够实现对电子束的聚焦传输. 但是离子背景横向和纵向的不均匀性对束流的传输特性有显著影响. 在此基础之上, 提出了电子束在横向不均匀离子背景中传输的理论模型, 给出了束流的自聚焦条件.数值计算结果表明, 横向不均匀性会导致电子束的混合相位传输, 使得焦点附近内层电子可能跑到电子束外而被散焦损失, 这与PIC模拟的结果相符. 此外, PIC模拟还发现, 由于电子束的自聚焦, 在焦点处将电离出更多的离子而引起纵向不均匀性, 纵向不均匀性使得碰撞后的低能电子被俘获, 俘获电子效应会大幅降低电子束的传输效率. 但是俘获电子在纵向呈准周期分布, 对传输电子起到静电Wiggler场的作用, 可能实现静电Wiggler场的动态加载. 研究结果对于进一步研究电子束-等离子体系统的实验以及理论模型提出有一定的参考价值.     

强流相对论电子束在等离子体内引起的回流电流

本文用宏观处理的方法,研究了强流相对论电子束在等离子体内引起的回流电流效应。通过Fourier变换的方法,求得Maxwell方程组的电场表达式和回流电流的径向表达式。在4στ>>1的极限下,电子束通道内的回流电流和入射的电子束电流基本抵消。最后,比较了回流电流的焦耳热和束电子与等离子体粒子库仑碰撞的能耗值。     

超强圆偏振激光直接加速产生超高能量电子束

研究表明, 峰值强度为10²²–10²⁵ W/cm²量级的圆偏振激光脉冲的有质动力场可以直接加速并产生GeV–TeV的单能电子束, 其中被加速电子的能量与激光脉冲的峰值强度成线性定标关系. 为了获得更高能量的电子束, 通过对一维解析模型的分析得到: 如果电子束在激光传播的方向上具一个初始能量E₀, 那么这种线性的定标关系可以被打破, 被加速电子束最终的能量可以被放大E₀倍. 这是由于具有一定初始能量的电子束不容易被激光脉冲抛在后面, 进而获得更高的加速距离. 二维粒子模拟结果显示: 当电子束的初始能量E₀为MeV量级时这个方法是有效的, 而当E₀过大时这个方法失效. 这是因为当电子的加速距离远大于激光脉冲的瑞利长度时, 激光强度的衰减使得电子束的加速错过了最佳加速场.     

激光加速电子束团的输出特性研究

通过仔细研究俘获加速CAS(captureandaccelerationscenario)机制中电子束团的输出特性,发现其出射电子有3类不同的运动轨道即掠过(pass-by)、非弹性散射(IS)、CAS.由于实际入射电子束团的线度远大于强激光脉冲的线度,因此只有位于入射电子束团中心区域的电子才可能被俘获加速.对于目前所能获得的聚焦激光场强(～10²¹W/cm²)和实际的电子束团(～10⁸个电子)而言,最大的输出能量可达到450MeV以上,同时被加速电子的数目可达到10⁴—10⁵个.这表明CAS可望发展成为小型台式加速器的新加速原理     

相对论飞秒激光脉冲在真空中对预加速电子的加速

通过求解电子运动的相对论方程，发现预加速电子在超强超短激光脉冲的作用下可以获得很高的能量增益. 飞秒激光脉冲的上升沿在焦点附近的区域有效加速电子后，电子和光脉冲一起传播一段距离（远大于瑞利长度）后，激光强度变得很弱，从而使脉冲下降沿对电子的减速作用可以忽略不计，因此电子只经历加速过程而没有被减速，当电子和光脉冲分离时，电子获得了很高的能量增益. 当光强为10¹⁹Ｗ／cm² ，电子的初始能量为MeV量级时，电子的能量增益可以达到01GeV. 进一步讨论了电子的能量增益与电子的初始条件与激光脉冲的参数之间的关系. 关键词： 电子加速 飞秒激光脉冲 能量增益     

低密等离子体通道中的非共振激光直接加速

在低密等离子体通道中, 横向有质动力可以有效调制电子的横向振荡过程. 一方面, 横向有质动力可以向外推动电子, 增大电子横向振荡振幅, 减小失相率, 使电子获得能量增益; 另一方面, 横向有质动力也可以通过对失相率的非线性调制来降低失相率, 在电子横向振荡振幅很小的情况下导致激光直接加速. 横向有质动力调制的大小由等离子体密度、激光强度和束宽共同决定. 三维模型结果也证实可以通过参数放大实现激光直接加速, 弥补了准二维模型的局限性.     

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。     

激光等离子体共振吸收中等离子体波对电子的加速

用二维多时标全电磁模相对论粒子模拟程序，对共振吸收中等离子何不皮的激发，电子的加速以及超热电子的产生进行了模拟计算，给出了合理的物理图像。     

激光加速电子束放射照相的模拟研究

激光加速产生高能量电子束具有源尺寸小、准单能、脉宽窄等特征.通过蒙特卡罗程序模拟研究了高能电子束的放射照相.模拟了200 MeV准直电子束照射台阶靶、厚铁靶,11 MeV点源电子束照射惯性约束聚变模型靶,以及70 MeV点源电子束在激光等离子体磁场下的偏转.结果表明激光加速电子束在探伤厚材料内部、确认薄材料界面、测量电磁场等诊断中具有高时空分辨、灵敏等能力.     

交叉传播相对论强激光脉冲在等离子体中相互作用及其对电子加热和加速的作用

文章介绍了相干交叉传播的相对论强激光在与等离子体相互作用中产生的能量交换、瞬态电子密度调制和激光加速电子，这些被加速的电子先在交叉光场中被捕获，随后又注入到等离子体波中，获得进一步的加速．这些现象最近在作者的实验研究和数值模拟中被观察到．