周期量级激光脉冲作用下原子电离不对称性研究

应用不对称性参量对周期量级强激光脉冲下原子电离分布的反演不对称性进行了定量分析.采用非微扰的散射理论解析方法和三个激光模式模拟超短脉冲,研究不对称性参量随激光强度、包络位相和脉冲宽度的变化.计算表明,这种不对称性是随着波包的绝对位相以正弦形式变化而变化,其最大不对称程度依赖于脉冲强度和脉冲宽度.随着激光强度的提高,不对称性参量是先降低到最小值然后增加.对脉冲宽度相对长、有几个周期量级的高强度激光,其不对称性具有显著的特点.因此,提高脉冲强度有助于对包络绝对位相变化的观察.     

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。     

周期量级激光脉冲的Thomson散射

用经典辐射理论对线偏振周期量级激光脉冲的线性Thomson散射进行分析，从理论上得到它可产生亚阿秒脉冲的结论. 计算显示，在电子相对论因子为50、激光脉冲中心波长为1μm、归一化光场强度为0.01的情况下，用包含1.5个光周期的激光脉冲，可获得0.2as(半高全宽)的散射脉冲输出. 还对光场载波包络初相φ_ce和电子进入光场的初相φ_in对散射脉冲的影响作了分析讨论，结果表明，在适当的φ_ce和φ_in条件下，能实现单个阿秒脉冲输出，并可对脉冲宽度和频率进行调谐. 关键词： 线性Thomson散射 周期量级激光脉冲 载波包络初相 阿秒脉冲     

周期量级超短激光脉冲作用下导带电子的光吸收与碰撞电离

激光照射下光学材料的损伤过程中，导带电子的加热和碰撞电离是非常重要的过程，影响着导带电子的产生、晶格能量的沉积和破坏.分析了Drude模型的局限性，从经典力学出发求解了周期量级激光场中导带电子的运动方程，计算了导带电子的光吸收和碰撞电离，分析了激光强度、载波相位等对碰撞电离的影响. 关键词： 周期量级超短激光脉冲 导带电子 碰撞电离     

紧聚焦线偏振强激光场中横向初始位置对电子辐射特性的影响

为了探究紧聚焦线偏振激光场中高能电子辐射与电子横向初始位置的关系,在拉格朗日方程的基础上,构建了单个高能电子与激光脉冲相互作用散射的模型,并且借助MATLAB数值模拟获得了电子运动与电子辐射相关数据。初始状态静止的高能电子与紧聚焦线偏振强激光相互作用后,其在xOz平面内先作振荡运动,再沿z轴正方向作直线运动,横向速度随振荡逐渐转化为纵向速度。观察其有趣的运动轨迹、频谱调制结构与空间辐射分布,发现电子横向初始位置对于电子运动、辐射强度与辐射分布均有较大影响。随着横向初始位置正向增大,电子运动方向迅速偏移z轴,横纵速度失去对称性。最大频谱幅值和最大辐射强度随着横向初始位置增大存在一个极大值,对应辐射方向方位角保持不变,同时极角渐大。结果表明,激光脉冲正中心并不是获得最大强度电子辐射的最佳位置,在x=0.085λ₀时可以取到最大辐射强度,对应极角大约为17°,方位角为0°。     

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。     

周期量级脉冲线性Thomson散射特性

 利用经典电磁辐射理论研究周期量级线偏振激光脉冲的90°Thomson线性散射。结果表明,脉冲所包含的光周期数越少,散射能谱越宽,谱中心处强度越小;谱宽度与电子相对论因子的平方及入射光脉冲频率成正比;谱强度与归一化光场强度和相对论因子乘积的平方均成正比,载波包络函数使光场中电子运动的时间和空间周期减小;进一步展宽散射能谱,使谱对称性变好,消除散射谱振荡;低于某一频率时,谱强度随载波包络初相的增大而减小,高于此频率时,谱强度随载波包络初相的增大而增大;电子进入光场初相的增大削弱了散射谱的强度。     

周期量级脉冲线性Thomson散射特性

利用经典电磁辐射理论研究周期量级线偏振激光脉冲的90°Thomson线性散射。结果表明,脉冲所包含的光周期数越少,散射能谱越宽,谱中心处强度越小;谱宽度与电子相对论因子的平方及入射光脉冲频率成正比;谱强度与归一化光场强度和相对论因子乘积的平方均成正比,载波包络函数使光场中电子运动的时间和空间周期减小;进一步展宽散射能谱,使谱对称性变好,消除散射谱振荡;低于某一频率时,谱强度随载波包络初相的增大而减小,高于此频率时,谱强度随载波包络初相的增大而增大;电子进入光场初相的增大削弱了散射谱的强度。     

强场物理新进展--强激光在等离子体中加速电子的新机制

相对论强激光与等离子体相互作用中高能电子的产生机制是近年来一直被广泛重视的课题，文章扼要介绍了其中主要的几种加速机制，并特别介绍了作者最近提出的电子在对撞激光场中的随机加速机制。     

飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射空间分布特性

采用单电子模型研究了不同偏振、不同强度飞秒脉冲激光作用下电子振荡导致的辐射的空间分布特性。研究发现:随着激光强度的增加,对圆偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由全空间分布变为前向双叶型结构,而对线偏振激光脉冲,电子辐射的空间分布由类似于偶极天线辐射特性的四重对称双叶结构变为双重对称三叶型结构,这可以为实验研究电子的辐射提供空间分布的相关依据。     

Effects of Higher-Order Relativistic Nonlinearity and Wakefield During a Moderately Intense Laser Pulse Propagation in a Plasma Channel

Using a variational approach,the propagation of a moderately intense laser pulse in a parabolic preformed plasma channel is investigated.The effects of higher-order relativistic nonlinearity (HRN) and wakefield are included.The effect of HRN serves as an additional defocusing mechanism and has the same order of magnitude in the spot size as that of the transverse wakefield (TWF).The effect of longitudinal wakefield is much larger than those of HRN and TWF for an intense laser pulse with the pulse length equaling the plasma wavelength.The catastrophic focusing of the laser spot size would be prevented in the present of HRN and then it varies with periodic focusing oscillations.     

Effects of Higher-Order Relativistic Nonlinearity and Wakefield During a Moderately Intense Laser Pulse Propagation in a Plasma Channel

Using a variational approach, the propagation of a moderately intense laser pulse in a parabolic preformed plasma channel is investigated. The effects of higher-order relativistic nonlinearity (HRN) and wakefield are included. The effect of HRN serves as an additional defocusing mechanism and has the same order of magnitude in the spot size as that of the transverse wakefield (TWF). The effect of longitudinal wakefield is much larger than those of HRN and TWF for an intense laser pulse with the pulse length equaling the plasma wavelength. The catastrophic focusing of the laser spot size would be prevented in the present of HRN and then it varies with periodic focusing oscillations.     

超短脉冲强激光场中电子剩余能计算

为了控制光场感应电离等离子体的温度以使得基于光场感应电离机制的X射线激光辐射获得更高的增益值,利用准静态隧道电离模型,定量计算了电子剩余能量与激光偏振参量、波长(频率)、激光强度以及电离介质电离能的变化关系。计算结果表明线偏振短波长激光以及高电离能介质产牛的等离子体中电子剩余能比较低,因此适合用作复合机制X射线激光;对于低价离子存偏振度α介于0～1之间的某一处最高,因此,可以通过调整偏振度α,获得某一椭圆偏振光,会更有利于基于光场感应电离电子碰撞机制X射线激光增益的提高。     

超短强激光脉冲在大气传播中的自聚焦行为

通过建立涉及克尔效应和多光子电离效应的非线性数学模型,利用数值方法研究了超短激光脉冲在大气传播中的聚焦行为。结果表明由自聚焦导致的成丝现象具有间断,而不是一种稳态的模式。每次轴上的成丝都会由于光场损耗减弱,但同时由于克尔效应会使离轴区域的能量间断地补充到光轴上。     

Electron in an Ultrashort Laser Pulse

After the classical approach to acceleration of a charged particle by -form impulsive force, we consider the corresponding quantum theory based on the Volkov solution of the Dirac equation. We determine the modified Compton formula for frequency of photons generated by the scattering of the -form laser pulse on the electron in a rest frame.     

Ladder型三能级介质中传播的少周期激光脉冲的空间分布

利用由时域有限差分法和预估校正法求得全波Maxwell-Bloch方程的数值解,研究少周期超短激光脉冲在Ladder型三能级原子介质中传播时脉冲及介质粒子布居的空间分布.结果表明,脉冲及介质粒子布居的空间分布规律随脉冲面积的改变而发生明显的变化.当脉冲面积较小时,脉冲形状不规则,振荡次数较多;当脉冲面积较大时,脉冲形状变得较为规则,振荡次数明显减少.随着脉冲面积的增大,脉冲振幅和传播速度逐渐增大,各能级粒子布居振荡次数增多,不同时刻的脉冲和粒子布居空间分布的变化明显减小.粒子布居的空间分布与脉冲的空间分布密切相关.     

相对论电子的逆韧致吸收

在激光强度大于１０＾１８Ｗ／ｃｍ＾２的条件下，利用强激光场中完全相对论的电子运动轨迹，得到了稀薄等离子体中的韧致吸收系数计算公式，并与原有的逆韧致吸收系数的计算公式进行了比较。     

Effects of Relativistic and Ponderomotive Nonlinearities on an Intense Laser Pulse Propagation in a Plasma Channel

The optical guiding of a moderately intense laser pulse in a parabolic preformed plasma channel is analyzed by means of the variational method.Relativistic,ponderomotive and their coupling nonlinearities are included.The conditions for periodic defocusing and focusing,as well as constant spot size propagation are given.It is found that the laser focusing is released by the coupling of relativistic and ponderomotive nonlinearities.     

Extending the High-Order Harmonics Plateau and Isolated Attosecond Pulse Generation in an Intense Three-Color Laser Field

We propose a method to extend the high-order harmonics plateau and generate an isolated sub-10-as pulse by adding a weak control pulse (10 fs, 1600 nm) to modify a two-color laser field (5 fs, 800 nm; 10 fs, 400 nm). The numerical results show that the plateau is extended obviously in the three-color laser field regime. Additionally, the ionization rate and classical returning kinetic-energy maps are calculated to better understand the physical origin of the high-order harmonics generation (HHG). By means of the ionization probability and the time-frequency distributions, more features of the HHG are revealed. Furthermore, our simulations show that the width of the plateau and the relative conversion efficiency of the harmonic spectra are highly dependent on the relative phase. Finally, by adjusting the relative phase and superposing a properly selected range of the HHG spectrum, an isolated attosecond pulse with a duration of 7 as is obtained.     

强激光在等离子体中的传播特性

分别讨论了非相对论条件下短脉冲和长脉冲激光在完全电离的等离子体中的传播特性。短脉冲情况下，激光的有效瑞利长度会增加，但不会出现自导引；长脉冲激光的传播取决于激光功率和等离子体温度之比，当该比值超过一定阈值时会出现自导引现象，激光束被限制在一个相对稳定的通道内，其半径对光束的初始半径有很强的依赖性。