掺杂超晶格量子阱的沟道效应与沟道辐射

 分析了超晶格量子阱的沟道效应和沟道辐射,利用正弦平方势描述了掺杂超晶格量子阱沟道粒子的运动行为,并在经典力学框架内,把粒子的运动方程化为摆方程。用Jacobian椭圆函数和椭圆积分解析地给出了系统的解和粒子运动周期,导出了量子阱沟道辐射的辐射强度和辐射能量。结果表明,对于能量为100 MeV左右的电子,辐射能量可达keV量级（X能区）。指出了用量子阱沟道辐射作为X激光或γ激光的可能性。     

带电粒子沟道辐射作为γ-激光的可能性

将沟道辐射与自由电子激光进行类比,讨论了电子轴沟道辐射作为γ激光的可能性.引入等效磁场描述电子的运动行为,并通过等效磁场与辐射场相互作用描述了电子的纵向运动,导出了系统的摆方程和能量增益,得到了与自由电子激光完全类似的结果.     

正弦平方势与沟道辐射谱线的自然展宽

指出了非线性效应、多普勒效应、晶格热振动、电子多重散射和偶极效应等对沟道辐射谱线宽度的影响;强调了辐射反作用对谱线宽度的影响是不可避免的。比较了不同的粒子-晶体相互作用势,并从正弦平方势出发,在小振幅近似下讨论了沟道粒子的运动行为;用摄动法求解了系统的特征方程,计算了沟道辐射谱线的自然展宽和频率漂移。最后,以正电子的Si(110)面沟道辐射为例,计算了它的辐射频率。结果表明,对于能量为E=56MeV的正电子,沟道辐射能量E=ω=36.0keV。     

正电子面沟道辐射的非线性特征

经典物理学指出,在电磁场中作加速运动的带电粒子将不断向外辐射能量.在晶体沟道中运动的带电粒子也不例外,晶格场可以使带电粒子的辐射能量达到很高.对于10MeV的正电子,辐射能量可达keV量级.粒子在沟道中的运动行为决定于粒子晶体的相互作用势,常用的相互作用势有Lindhard势、Moliere势和正弦平方势.由于粒子在沟道中的运动行为十分类似于震荡器中运动的自由电子,可望把沟道辐射改造为Χ射线激光或γ射线激光.从Lindhard势出发,将其展开到四次项,在经典力学框架内,粒子的运动方程可以化为含立方项的二阶非线性微分方程,并利用Jacobian椭圆函数和第一类全椭圆积分解析地表示了系统的解和粒子运动周期,导出了正电子面沟道辐射的瞬时辐射强度、平均辐射强度和最大辐射频率,指出了利用沟道辐射作为γ激光的可能性.     

在BEPC上建造γ束线站的分析

考虑电子的反冲并利用康普顿散射,研究了激光同步辐射光源(LSS)辐射的光子波长、光子能量。结果表明,对于不同的γ,LSS辐射的光子波长和能量有不同的近似公式。当γ<<λ1/4λe时,LSS辐射的光子波长λ2≈λ1/4γ2,能量(εc2≈4γ2εc1;当γ>>λ1/4λe时,LSS辐射的光子波长λ2≈λe/γ,能量cε2≈m0γc2;结果表明,LSS辐射的条件是种子激光的波长λ1大于电子的物质波波长λm;LSS辐射的极值波长是λ2m ax=h/m0γv,极值能量是cε2m ax=βeε;本文后半部分提出了利用北京正负电子对撞机的强流高亮度电子束与激光的康普顿背散射产生单色γ射线的建议。     

高能电子与超强激光束作用产生的阿秒脉冲列

利用非线性汤姆孙散射的理论，从理论和数值模拟上研究了单电子在横向穿越高斯激光束束 腰时所辐射的x射线阿秒脉冲列的性质. 主要分析了电子以初始能量γ₀=1M eV—100M eV横向穿越激光振幅参数为a₀=1—10的高斯光束束腰获得的阿秒辐射脉冲的 时间 和空间性质. 计算表明，辐射呈现脉冲列的形式. 脉冲列的包络宽度取决于激光强度、束腰 的宽度以及入射电子能量. 电子的初始能量比激光强度对电子辐射脉冲的影响更大. 辐射脉 宽、脉冲间隔和脉冲包络宽度都正比于1/γ²₀，辐射功率正比于 γ⁶₀，辐射能 量正比于γ⁴₀. 当改变激光振幅a₀时，辐射功率正比 于a²₀、辐射包络中单 个脉冲脉宽正比于1/a₀、脉冲之间的间隔正比于a₀. 当保持激光强 度不变，而改变光束 束腰半径w₀时，辐射的脉冲数量、包络和辐射能量正比于w₀. 当 激光功率保 持不变时而改变激光强度和束腰半径时，脉冲包络宽度和最大辐射能量都基本不变. 当激光 振幅参数a₀=1，电子初始能量为10MeV时，激光束腰为两个激光波长时，电子 辐 射脉冲包络宽度只有14×10^-3τ₀（τ₀为入 射激光周期），达到几个阿秒的量级. 关键词： 阿秒脉冲 非线性汤姆孙散射 高斯激光光束     

反比相关的双曲余弦平方势与电子的面沟道辐射

带电粒子在晶体沟道中的运动行为决定于粒子-晶体相互作用势.常用的粒子晶体相互作用势有Lindhard势、Moliere和正弦平方势.当超相对论电子沿着晶体的低晶面指数方向入射时,电子和晶体之间的相互作用势可用反比相关的双曲余弦平方势描写.在量子力学框架内,利用这一相互作用势成功地将系统的Schrodinger方程化为超几何方程,从而简化了系统本征值和本征态问题的计算和讨论.考虑到质量的相对论效应和频率的Doppler效应,导出了实验室坐标系中电子的能级分布和辐射谱分布.并以电子的Si(110)面沟道辐射为例,选定一组与入射粒子有关的参数和一组与晶体有关的参数,计算了能量为E=0.5GeV的电子在低位能级之间的跃迁,导出了电子面沟道辐射能量ΔE=49.1MeV,得到了与实验符合的结果.     

激光同步辐射光源的辐射条件

激光同步辐射光源是一种新型的X射线光源，它利用高强度激光与相对论电子束发生康普顿散射，从而在电子的运动方向上辐射出X射线．本文在考虑电子的反冲基础上，利用康普顿散射研究了激光同步辐射光源（LSS）辐射光子的精确波长和能量；同时发现，对于背散射情况，只有当种子激光的波长λ1大于电子的物质波波长λm时才能发生LSS辐射；最后给出LSS辐射的极值波长λ2max=h/（m0γv）和极值能量εc2max=βε3.     

带电粒子与超晶格相互作用及其超高能粒子识别

讨论了非沟道粒子与晶体的相互作用及其渡越辐射, 并将渡越辐射同沟道辐射进行了比较, 结果表明, 渡越辐射对沟道辐射的贡献主要是在长波区域使沟道辐射的本底增强; 由于超晶格是由两种不同介电性能的材料交替生长而成的多层薄膜结构, 它的渡越辐射比较强. 正是这个特点, 可望利用超晶格的渡越辐射来识别超高能粒子.     

自由电子激光的能量转换

根据Ｗｅｉｚｓａｃｋｅｒ－Ｗｉｌｌｉａｍｓ近似，把自由电子激光模拟成相对论性电子与赝光子的碰撞，而光子被散射．按照这个物理模型，研究了电子与光子的能量交换，得到了散射光子能量与碰撞前光子能量之间的关系：ε_p=4γ²ε_p⁽⁰⁾散射光子能量的放大是以电子消耗能量为代价的分析。计算了能量交换的规模，并得出自由电子激光中能量转换效率最大为５０％. 关键词：     

正弦平方势与小振幅近似下的弯晶沟道辐射

在理想情况下和经典力学框架内,引入正弦平方势,把粒子在弯晶中的运动方程化为具有外力矩的摆方程。并对系统的相平面特征进行了数值分析。在小振幅近似下,把粒子运动方程化为具有硬特性的弹簧-振子系统,用Jacobian椭圆函数和椭圆积分解析地给出系统的解和粒子运动周期。讨论了弯晶沟道辐射频率、无量纲偏转角和辐射谱的一般特征。指出利用沟道辐射作为激光的可能性。以正电子在碳单晶中沟道辐射为例进行了具体计算,得到了与其他工作基本一致的结果。     

正弦平方势与正电子面沟道辐射的一般特征

引入正弦平方势，在经典力学框架内，将面沟道粒子的运动方程化为标准的摆方程，并用Jacobian椭圆函数和椭圆积分解析地给出系统的解和粒子运动周期，导出了正电子面沟道辐射的瞬时辐射强度、平均辐射强度和辐射谱特征.结果表明，沟道辐射频率己进入γ-能区，并指出了利用它作为短波长激光的可能性. 关键词： 沟道辐射 非线性 正弦平方势     

利用虚光子理论对轴沟道辐射的分析

 考虑电子的反冲的影响,利用虚光子与相对论电子的康普顿散射理论对轴沟道辐射进行了研究。在与电子纵向运动静止的坐标系中,把晶格场等效为虚光子。当虚光子与作沟道运动的电子发生康普顿散射时,虚光子就会转化为实光子辐射出去。根据该理论,得到了含有康普顿波长项的轴沟道辐射的精确波长表达式,其近似式就是经典理论推导的公式;同时得到了单电子轴沟道辐射的光子产额和辐射功率的公式,结果也与经典理论公式一致。     

超晶格量子阱的沟道辐射及其谱分布

在经典物理框架内和偶极近似下, 导出了超晶格量子阱沟道辐射频率和辐射谱分布。指出了对于自发辐射谱分布, 存在一个普适的线型因子, 而粒子的最大辐射能量与相对论因子γ 有关, 且与γ3/2成正比。以正弦平方势为例进行了具体讨论。结果表明, 由于势阱深度和噪音的影响, 谐波数l只取少数几个值。超晶格量子阱沟道辐射只存在不多的几条谱线, 为进一步应用提供了可能。最后, 还给出了一种可能的实验方案, 讨论了如何利用弯晶把超晶格量子阱的沟道辐射改造为相干辐射。 In the frame of classical physics and the dipole approximation the radiation frequency and the spectral distribution are derived for the channeling radiation of a charged particle in a superlattice quantum well. It indicated that there is a line type factor f(ξ) suited to various cases in the spontaneous radiations spectrum. Results also show that the maximum radiation energy is proportional to γ3/2 , but the relativistic effects have double effects in the spontaneous radiation of a charged particle. The case for the sine squared potential is discussed specifically. The harmonic number can be defined as a few variable values by the effects of the potential well depth and noise. In general there is a few spectral lines in the channeling radiation spectrum for the superlattice quantum well, and possibilities are provided for further application. Finally, a possible experimental scheme is proposed, and it is discussed that how to transform the channeling radiation in the quantum well into the cohenent radiation by the bent crystal.     

Channeling radiation: Past achievements and future prospects

Abstract

When a relativistic charged particle passes through a single crystal very nearly along a major crystalline plane or axis so that it is channeled in that direction, it undergoes periodic motion in the plane transverse to this direction and hence it can radiate. Quantum mechanically, this channeling radiation corresponds to a radiative transition between two eigenstates of the transverse crystalline potential; when the transition occurs between two bound states, a sharp spectral line is emitted. When there are only two bound states (for incident electrons), or when the interplaner potential is nearly harmonic (as for incident positrons), the emitted radiation is nearly monochromatic. Since the discovery of channeling radiation at the LLNL Electron-Positron Linear Accelerator, many of its properties have been delineated, both there and elsewhere. For example, channeling radiation is very intense, forward-directed, easily tunable, and for the planar case, linearly polarized. Channeling radiation has been used as a probe both of the interplanar potentials and other properties of perfect crystals and of the effects of impurities and defects in imperfect crystals. Finally, channeling radiation has great potential use as a photon source for numerous other applications in several fields of science and technology.

This paper is intended to keynote the first International Conference on Coherent Radiation Processes in Strong Fields by recalling some history of the discovery and exploitation to date of channeling radiation. Studies of channeling radiation, in addition to elucidating the physics of the process itself, its application to the determination of properties of perfect and imperfect crystals, and its potential application to a large variety of fields by its use as an intense, monochromatic, forward-directed, tunable, and polarized photon source, have spawned an entire industry of studies of other coherent radiation processes, all consisting of photon production from beams of relativistic charged particles traversing periodic structures, which constitute the principal subject matter of this Conference. This paper will be limited to the discussion of channeling radiation and some of its applications. It will be in the nature of an illustrative exposition, showing many of the features of channeling radiation and its applications in a qualitative way. Several detailed studies of channeling radiation will be presented later in the Conference.     

Electromagnetic radiation of MeV electrons in thick aligned single crystals

Abstract

Earlier published theoretical models for MeV electrons are generalized in this paper. Different theoretical predictions for planar channeling and accompanying electromagnetic radiation in thick crystals are presented. A comparative analysis of theoretical and experimental spectra of photon radiation is given. Thickness dependences of channeling quantum state populations, radiation line broadening and photon flux intensities are obtained. The existence of planar electron channeling at 54 MeV in a silicon single crystal with a thickness of several millimetres is shown.     

正弦平方势与沟道辐射的谱线展宽

利用曾经提出的正弦平方势解析地处理了非线性效应和偶极效应对沟道谱线宽度的影响, 解释了正电子能量在5 GeV附近的Si (110)面沟道辐射谱特征. The spectral properties of the planar channeling radiation of positron have been investigated by using Sine squared Potential. At positron energy of 5 GeV a sharp line has been explained for the planar channeling radiation in Si(110 ). It is that theoretic results are compatible to the experiments.