Compton散射下超强激光等离子体通道的演化

应用多光子非线性Compton散射模型、空间动态补偿模型、非线性薛定谔方程和数值模拟方法,研究了Compton散射对超强飞秒激光等离子体中通道的影响,提出了将Compton散射光作为形成等离子体通道的新机制,给出了超强飞秒激光脉冲在等离子体中传播和电子密度随时间变化的非线性修正方程,并进行了数值模拟.研究发现:散射使等离子体中电子密度峰值增大1个量级,半径增大1 mm.激光最大功率密度被限制在10~(18)W/m~2以下,随传输距离增大缓慢衰减.传输初始阶段,单脉冲衰减能量较散射前增大2%,之后衰减较平缓.通过增加超强飞秒激光脉冲输入功率,能有效地增加电子密度峰值,有利于等离子体通道的形成.并对所的结论给出了初步物理解释.     

Compton散射下超强激光等离子体通道的演化

应用多光子非线性Compton散射模型、空间动态补偿模型、非线性薛定谔方程和数值模拟方法,研究了Compton散射对超强飞秒激光等离子体中通道的影响,提出了将Compton散射光作为形成等离子体通道的新机制,给出了超强飞秒激光脉冲在等离子体中传播和电子密度随时间变化的非线性修正方程,并进行了数值模拟。并研究发现：散射使等离子体中电子密度峰值增大1个量级,半径增大1mm。激光最大功率密度被限制在1018W/m2以下,随传输距离增大缓慢衰减。传输初始阶段,单脉冲衰减能量较散射前增大2%,之后衰减较平缓。通过增加超强飞秒激光脉冲输入功率,能有效地增加电子密度峰值,有利于等离子体通道的形成。并对所的结论给出了初步物理解释。     

超强激光照射三维时变等离子体散射新机制

应用多光子非线性Compton散射模型和电流密度拉普拉斯变换改进的时域有限差分法,研究了超强激光照射三维时变等离子体的散射特性,提出了Compton散射光是影响等离子体散射的新机制,给出了该等离子体散射截面和频率随时间变化的修正方程,并进行了数值仿真。结果表明：与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体散射截面增大,且随频率增大迅速衰减。这是因散射使等离子体中电子从耦合激光场中获得更多能量,从而导致电子被耦合场俘获的缘故;使瞬变等离子体最大频率随时间呈准直线缓慢下降趋势。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼效应增强,从而导致电子能量衰减、频率下降的缘故;使缓变等离子体频率随时间缓慢增大。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼增大效应减弱了频率增大的缘故。     

超强激光照射三维时变等离子体散射新机制

应用多光子非线性Compton散射模型和电流密度拉普拉斯变换改进的时域有限差分法,研究了超强激光照射三维时变等离子体的散射特性,提出了Compton散射光是影响等离子体散射的新机制,给出了该等离子体散射截面和频率随时间变化的修正方程,并进行了数值仿真。结果表明：与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体散射截面增大,且随频率增大迅速衰减。这是因散射使等离子体中电子从耦合激光场中获得更多能量,从而导致电子被耦合场俘获的缘故;使瞬变等离子体最大频率随时间呈准直线缓慢下降趋势。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼效应增强,从而导致电子能量衰减、频率下降的缘故;使缓变等离子体频率随时间缓慢增大。这是因散射使等离子体中电子辐射阻尼增大效应减弱了频率增大的缘故。     

超强激光与等离子体作用中的能量输运

应用多光子非线性Compton散射模型和数值计算方法,研究了Compton散射对超强激光与等离子体作用中能量输运的影响,提出了将Compton散射光和入射超强光作为电子能量输运的新机制,给出了电子热传导新模型和能量输运数值计算结果。结果表明:散射使等离子体中Weibel不稳定性和自生磁场增强效应导致耦合光传输方向的电子密度显著减小,更多激光能量以热流形式分布在横向方向。散射使电子吸收能量的时间缩短和自生磁场线性阶段最大增长率增大效应导致等离子体表面处沿耦合激光横向方向的热流几乎被完全限制,电子在激光传输方向的能量显著增加。     

Compton散射下离子初始速度对等离子体鞘层厚度的影响

应用相对论理论、Compton散射等离子体离子源和龙格-库塔方法,研究了Compton散射对等离子体鞘层厚度的影响,提出了Compton散射等离子体离子源概念,并将入射光和Compton散射光作为形成等离子体离子初始速度的新机制,给出了Compton散射下鞘层空间内电位梯度随等离子体离子初始速度变化的修正方程,并进行了数值模拟.结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体鞘层厚度随加速电压增大而明显的非线性增大,这主要是由于Compton散射使离子与电子碰撞频率增大,电子温度升高,使离子初始速度和能量增大的缘故.     

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。     

Compton散射下离子初始速度对等离子体鞘层厚度的影响

应用相对论理论、Compton散射等离子体离子源和龙格-库塔方法,研究了Compton散射对等离子体鞘层厚度的影响,提出了Compton散射等离子体离子源概念,并将入射光和Compton散射光作为形成等离子体离子初始速度的新机制,给出了Compton散射下鞘层空间内电位梯度随等离子体离子初始速度变化的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体鞘层厚度随加速电压增大而明显的非线性增大,这主要是由于Compton散射使离子与电子碰撞频率增大,电子温度升高,使离子初始速度和能量增大的缘故。     

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。     

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应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对Compton散射对时变非磁化等离子体光子晶体禁带的影响进行了研究,提出了将多光子非线性Compton散射电磁波和入射电磁波作为等离子体光子晶体产生光子禁带的新机制,给出了电磁场的Maxwell方程组和叠代方程的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,Compton散射使等离子体禁带宽随等离子体上升时间的增大比散射前有明显减小而最后趋于定值,均匀等离子体透射率峰值比线性等离子体增大得更多,利用Compton散射可实现对光子禁带的控制。     

Compton散射下强激光等离子体空气冲击波波前的传输特性

 根据球对称激光等离子体空气冲击波在自由空间中传输的约束条件，对多光子非线性Compton散射的强激光等离子体空气冲击波波前的传输特性进行了研究，给出了散射下空气冲击波波前的运动方程，并进行了数值模拟。结果表明：该冲击波的衰减过程不仅与爆炸源和爆炸过程的特性、释放总能量、空气的弹性有关，而且还与散射有关，散射效应使冲击波的初始半径增大，衰减过程加快，能量转移率提高；数值模拟与实验结果符合得很好。     

Compton散射下强激光等离子体波前在固体中的传输特性

从多粒子系统量子力学理论出发,应用电子与多光子集团非弹性碰撞模型,研究了固体中形成的激光等离子体中的电子与入射光发生多光子非线性Compton散射下,散射光与入射光、电子振荡辐射波、离子的长光学横波的高频支形成的耦合等离子体波前的传输特性。结果表明,固体中激光等离子体电磁耦合声子的传播速度随磁场强度的增强、电子屏蔽作用的减弱及等离子体振荡频率的减小而变大,而散射光却使电磁耦合声子传播速度的这种增长效应降低,它随时间的增加也较缓慢地降低。     

Compton 散射对线偏光在相对论等离子体中调制不稳定性的影响

应用多光子非线性Compton 散射模型、电磁波非线性色散方程和Karpman 方法,研究了 Compton 散射对线偏光在相对论等离子体中调制不稳定性的影响,给出了等离子体的非线性色散、控制和调制不稳定性增 长率的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明：与散射前相比,随无量纲化频率值减小,即趋于等离子体临界面处,散射使相同扰动波数引起的调制不稳定性增长率更大,使等离子体临界面处的调制不稳定性增长率较其余位置尤为显著。这是由于散射光使等离子体非线性增强,形成了激光场自聚焦和自成丝的缘故。     

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By using the model of multi-photon nonlinear Compton scattering, the nonlinear dispersion relation and Karpman’s model, the influences of the modulation instability on Compton scattering to the linear polarized light in relativistic plasma were studied, the revised equations on the nonlinear dispersion, the control and the growth rate of the modulation instability were given out, and these equations are simulated. The results show that under the same perturbation wave numbers, the even big rate of the modulation instability near the plasma surface are taken place by Compton scattering along with the decreasing of the numbers of the no gauge frequency than before Compton scattering, and the even marked growth rate of the modulation instability near the plasma surface are taken place near the plasma surface than other places. Because the plasma nonlinear is increased by the scattering, the self-focusing and self-turned fine silk are formed.     

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应用多光子非线性Compton散射模型和分段电流密度卷积时域有限差分法,将入射光和Compton 散射光作为形成缺陷模的机制,研究了Compton散射对具有单一缺陷模的时变磁化等离子体光子晶体缺陷模的影响.结果表明:与Compton散射前相比,入射光频率低于等离子体频率时,禁带中仍存在明显的缺陷模,其频率随等离子体驰豫时间的增大而缓慢增大;等离子体弛豫时间相等时,等离子体均匀分布的禁带透射系数峰值比Epstein分布时小,两者的缺陷模特征都比较明显,但两者的禁带宽度及缺陷模之间的区别明显减小.     

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.     

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.     

考虑晶粒分布的多晶体材料超声散射统一理论

现有超声散射统一理论可通过多晶体材料的微观结构和力学特性,实现全频域范围内衰减和相速度的正演建模,但其忽略晶粒尺寸分布的影响,进而降低了正演模型的计算精度.本文对不均匀介质的波动方程进行二阶Keller近似,用全频域格林函数推导介质中的平均波;以截断对数正态分布描述晶粒分布,构建加权的空间相关函数;结合材料的弹性模量协方差,建立含晶粒分布的超声散射统一理论,揭示晶粒分布对超声散射的影响规律;制备304不锈钢试块并开展超声散射实验.结果表明考虑晶粒分布特性后,纵波衰减谱和相速度谱相对于实验结果的相异性降低约49%和64%,横波衰减谱和相速度谱相对于实验结果的相异性降低约12%和4%.可见,本文的统一理论模型能有效修正晶粒分布导致的衰减谱和相速度谱偏差,为晶粒分布反演评价提供理论基础.     

Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响进行了理论分析和数值模拟。结果表明,与Compton散射前的情况相比,Compton散射使低温低频处光子禁带中存在缺陷模的明显度降低,缺陷模频率增大,缺陷模和透射率峰值减小;使高温高频处缺陷模和透射率峰值、缺陷模频率显著增大,禁带宽减小,缺陷模位置向高频方向移动。随着电子密度的增大,散射减小了禁带增大效应和缺陷模减小效应,增强了缺陷模频率增大效应;随着电子密度的降低,散射增强了禁带变窄效应、缺陷模峰值增大效应和缺陷模频率减小效应。利用Compton散射,可实现对缺陷模密温特性的有效控制。