激光偏振参量对光场感生电离电子碰撞机制等离子体电离参量的影响

以基于光场感生电离电子碰撞机制的类钯氙系统为例，计算并讨论了不同抽运激光偏振对等离子体的电离速率、阈值激光强度、电子在激光场中的剩余能量、各电荷态相对集居数、初始电子能量分布等电离参量的影响，计算结果表明，在相同的激光功率密度下，激光偏振对类钯氙41.8nm4d^95d^1S0-4d^95p^1P1跃迁的X射线激光放大影响很大，圆偏振激光抽运更有利于类钯氙41.8nm4d^95d^1S0-4d^95p^1P1跃迁的X射线激光放大的实现。     

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。     

圆偏振光场电离电子能量分布的计算

以准静态隧道电离理论为基础,建立了描述圆偏振光场电离电子能量分布的简单模型,与现有的理论计算及实验结果的比较表明,该模型数学推导简单,物理意义明显,可用于研究高电子温度和（或）较低电子密度的光场电离等离子体参数。     

高功率微波沿面闪络击穿机制粒子模拟

针对高功率微波介质沿面闪络击穿物理过程,首先建立了理论模型,包括:动力学方程、粒子模拟算法、二次电子发射, 以及电子与气体分子蒙特卡罗碰撞模型、电子碰撞介质表面退吸附气体分子机制;其次,基于理论模型,编制了1D3V PIC-MCC程序,分别针对真空二次电子倍增、高气压体电离击穿和低气压面电离击穿过程,运用该程序仔细研究了电子和离子随时间演化关系、电子运动轨迹、电子及离子密度分布、空间电荷场时空分布、电子平均能量、碰撞电子平均能量、碰撞电子数目随时间演化关系、电子能量分布函数、平均二次电子发射率以及能量转换关系。研究结果表明:真空二次电子倍增引发的介质表面沉积功率只能达到入射微波功率1%左右的水平,不足以击穿;气体碰撞电离主导的高气压体电离击穿,是由低能电子（eV量级）数目指数增长到一定程度导致的,形成位置远离介质表面,形成时间为s量级;低气压下的介质沿面闪络击穿,是在二次电子倍增和气体碰撞电离共同作用下,由于数目持续增长的高能电子（keV量级）碰撞介质沿面导致沉积功率激增而引发的,形成位置贴近介质沿面,形成时间在ns量级。     

非均匀螺旋相位调制下对称破缺角向偏振光束的聚焦特性

提出了一种多参量调控角向偏振光束焦场强度和横向能流的方法.基于矢量衍射积分理论,数值模拟了非均匀螺旋相位和旋转对称振幅挡板调制下角向偏振光束的聚焦特性,讨论了螺旋相位结构和对称振幅挡板联合调制下,角向偏振光束焦场横向能流和偏振态的分布.结果表明:非均匀螺旋相位的引入改变了光场的聚焦特性,导致聚焦场重心产生了偏移;在偶数重旋转对称振幅挡板的联合调制下,焦场中出现了局部的椭圆偏振态和圆偏振态,且焦平面上出现了横向能流;通过调节螺旋相位,不仅可以实现焦场重心的特殊控制,还能进一步丰富焦场偏振态和横向能流分布.这种基于多参量调控焦场强度和能流分布的方法为实现操控特定区域的粒子提供了新的思路.     

非阿贝尔腔量子电动力学模型下偏振光场的影响

通过使用场正交算符,而不是传统的玻色算符,研究了非阿贝尔腔量子电动力学(QED)模型中原子和偏振光场的相互作用。讨论了初始双模偏振光场对于原子布居数反转以及偏振光场的压缩特性的影响。结果表明,原子布居数反转的演化不仅与偏振椭圆的相位角有关,也与偏振椭圆的椭率角有关;只有当偏振椭圆是右旋圆偏振光时,原子布居数反转随时间的演化基本不变,趋近于初始值0,而当偏振椭圆是左旋圆偏振光时,原子布居数反转随时间的演化呈现周期性的崩塌复苏变化。另外,当初始光场是左旋圆偏振光时,光场可以出现周期性的压缩;而当初始光场是右旋圆偏振光时,光场的压缩不会持续出现。     

裸核离子与中性原子碰撞电离过程的理论研究

基于处理裸核离子与中性原子碰撞电离过程的OBKN和ECPSSR理论模型,系统计算了不同裸核离子与中性原子碰撞K壳层电子俘获截面和直接电离截面,并与其它文献已有的理论和实验结果进行了比较.研究结果表明：碰撞能量较低时,电子俘获截面大于直接电离截面,随着碰撞能量的增加,电子俘获截面和直接电离截面均是先增大后减小且直接电离截面减小地非常缓慢,高能时,直接电离截面大于电子俘获截面.当入射炮弹离子速度接近0.67倍靶原子K壳层电子速度时,电子俘获截面达到最大值,而当入射炮弹离子速度接近靶原子K壳层电子速度时,直接电离截面达到最大值.     

裸核离子与中性原子碰撞电离过程的理论研究

基于处理裸核离子与中性原子碰撞电离过程的OBKN和ECPSSR理论模型,系统计算了不同裸核离子与中性原子碰撞K壳层电子俘获截面和直接电离截面,并与其它文献已有的理论和实验结果进行了比较.研究结果表明:碰撞能量较低时,电子俘获截面大于直接电离截面,随着碰撞能量的增加,电子俘获截面和直接电离截面均是先增大后减小且直接电离截面减小地非常缓慢,高能时,直接电离截面大于电子俘获截面.当入射炮弹离子速度接近0.67倍靶原子K壳层电子速度时,电子俘获截面达到最大值,而当入射炮弹离子速度接近靶原子K壳层电子速度时,直接电离截面达到最大值.     

共面双对称条件下电子碰撞Ar原子单电离的一阶扭曲波Born近似

在共面双对称几何条件下,利用一阶扭曲波Born近似计算了中低能电子碰撞Ar原子(3p壳层电子)单电离的三重微分截面,并与最近的实验数据做了比较.结果表明,对于Ar原子,当入射电子能量比电离阈高40 eV以上,随着入射能量的增加,binary和recoil碰撞机理逐渐占据支配地位;在近阈能量范围,上述碰撞机理不再处于支配地位,扭曲效应明显.要完备地描述中低能入射条件下Ar原子的电子碰撞电离过程,理论模型必须同时考虑多种散射机理.     

电子回旋共振放电中电子与微波互作用特性的粒子模拟和蒙特卡罗碰撞模拟

对电子回旋共振（ECR）放电电离过程中的电子与微波互作用特性进行了理论分析与数值模拟.采用粒子模拟（PIC）方法描述带电粒子与微波的互作用,采用蒙特卡罗碰撞（MCC）方法描述粒子间碰撞过程及带电粒子与边界的相互作用.编写了准三维的PIC/MCC数值模拟程序,并对放电过程中电子能量与微波场随时间、空间的演化进行了数值诊断. 关键词： 电子回旋共振放电 粒子模拟 蒙特卡罗方法 电离     

分子的取向和激光强度对非时序双电离的影响

利用半经典再散射模型,分别研究分子的取向平行和垂直于电场方向时反冲离子的动量分布、两电子的动量相关和隧穿电子的电离能分布.计算结果表明,分子的取向和激光强度对非时序双电离过程有重要的影响.     

光与电子之间能量交换的一个诱因

运用电子云导体模型分析了光与真空中自由电子之间相互作用,分析结果与已有理论一致.结合电子云导体模型对下列情况的分析：氮分子在飞秒强激光作用下的电离、X射线与分子中电子的作用等,可以说明光与电子之间确实存在电磁感应相互作用,光与电子间能量交换的根源之一是它们之间的电磁感应相互作用. 关键词： 电子 光 能量 电磁感应     

Superthermal Electron Produced in Relativistic Laser-Plasma Interaction

The dynamics of a relativistic electron submitted to an intense, plane wave, linearly polarized laser field is reviewed. Based on the dynamics, the temperature of the electron in the laser field is defined and calculated. It is found that the calculated temperature fits the first temperature observed in the experiment by Malka et al. A model to evaluate the electron temperature by taking the electron-ion scattering into account is proposed. It is found that when I≥4.0×10¹⁸ W/cm² the electron temperature by considering the scattering, T_h^s, is evidently larger than the electron temperature without considering the scattering, T_h. This result is in favor of explaining the two-temperature distribution of the electron energy observed in the experiment by Malka et al.     

Superthermal Electron Produced in Relativistic Laser-Plasma Interaction

The dynamics of a relativistic electron submitted to an intense, plane wave, linearly polarized laser field is reviewed. Based on the dynamics, the temperature of the electron in the laser field is delined and calculated. It is found that the calculated temperature fits the first temperature observed in the experiment by Malka et al. A model to evaluate the electron temperature by taking the electron-ion scattering into account is proposed. It is found that when I ≥ 4.0 × 101s W/cm2 the electron temperature by considering the scattering, T hs, is evidently larger than the electron temperature without considering the scattering, Th. This result is in favor of explaining the two-temperature distribution of the electron energy observed in the experiment by Malka et al.     

沿面闪络流体模型电离参数粒子模拟确定方法

介绍了粒子模拟确定高功率微波介质沿面闪络击穿流体模型相关电离参数的方法.对粒子模拟方法 (包括带电粒子动力学方程、次级电子发射以及蒙特卡罗碰撞模型)和流体整体模型方法 (包括连续性方程和能量守恒方程)做了简介.基于自编的1D3V粒子模拟-蒙特卡罗碰撞程序给出了在高(低)气压、不同气体种类以及不同微波场强和微波频率下流体模型电离参数的粒子模拟结果,包括电离频率、击穿时间、平均电子能量、电子能量分布函数类型.研究结果表明:平均电子能量与电子能量分布函数类型关系不大;中低气压下,电子能量接近Maxwell分布,电子能量分布函数类型对电离参数几乎没有影响;中高气压下,电子能量分布函数类型对电离参数有重要影响,其依赖系数X趋于高阶形式.不同气体的电子能量分布函数类型不同,需要利用粒子模拟对电子能量分布函数类型进行标定.同时,电子能量分布函数依赖系数与微波场强和频率也有关系,其随微波场强增加而增大,随微波频率增加而减小.在给定考察范围(微波场强在7 MV/m以下,微波频率在40 GHz以内),中低气压下,平均电子能量随微波场强增加而迅速增大,电离频率随微波场强增加先增大后降低,平均电子能量随微波频率增加而降低,电离频率随微波频率增加先增加后降低;高气压下,平均电子能量随微波场强增加而缓慢增大,电离频率随微波场强增加而增大,微波频率对平均电子能量和电离频率影响不大.     

蒙特卡罗方法模拟薄膜电致发光器件中碰撞离化的作用

基于经验赝势法得到的能带结构数据，采用分段多项式拟合获得ZnS能带结构的解析表达式 ，建立解析能带模型.使用建立的模型计算得到各能谷的态密度和总的散射速率,并与文献 的计算结果进行了对比，验证该解析能带模型既具有非抛物型多能谷能带模型运算速度快、 使用方便的优势,又具有与采用全导带模型相近的计算精度.进一步利用该模型进行蒙特卡罗 模拟，得到第一导带和第二导带中电子数随电场强度的变化、不同电场中能量分布函数以及 包含与不包含碰撞离化情况下电子能量随时间变化的曲线.讨论在外加电场下，电子在导带 内各个能谷间和 关键词： 蒙特卡罗模拟 解析能带模型 多项式拟合 碰撞离化     

弱电离大气等离子体电子碰撞能量损失的理论研究

在前期计算电子能量分布函数的基础上, 求出弱电离大气等离子体中各碰撞反应过程的电子能量损失. 由于在弹性碰撞中电子-重粒子能量交换很少, 同时氮气、氧气分子又有很多能量阈值较低的转动、振动能级存在, 因此在大气等离子体中弹性碰撞电子能量损失所占份额很小(直流电场下小于6%). 研究发现, 弱电离大气等离子体中在不同能量区间占主导的能量损失过程不同. 随着有效电子温度(或约化场强)增加, 占主导的电子能量损失过程依次为转动激发、振动激发、电子态激发、碰撞电离、加速电离产生的二次电子. 在约化场强E/N=1350 Td (或有效电子温度为14 eV)附近, 平均电离一个电子所需的能量最小, 约为57 eV. 因此可以根据不同的需求调节电场强度, 从而达到较高的能量利用率. 关键词： 弱电离大气等离子体 碰撞反应过程 电子能量损失