导引场下电磁泵浦自由电子激光的非线性理论

本文以Vlasov-Maxwell方程组为基础,用非线性动力学理论研究了存在导引场情况下电磁波泵浦的自由电子激光器的作用机制,导出了线性及非线性色散关系式,求出了非线性不稳定性增长率和自由电子激光的能量转换效率.结果表明,只要合理地选择参量条件,附加导引场可以大大提高自由电子激光的增长率和能量转换效率.     

我国自由电子激光研究的最新进展

综述了我国一些研究单位的自由电子激光实验和理论研究，介绍并讨论了拉曼型自由电子激光、康普顿型自由电子激光以及电磁波泵浦自由电子激光和切连科夫自由电子激光等研究工作的最新结果。     

填充等离子体的切伦柯夫自由电子激光的理论分析

本文用磁流体理论研究了柱形波导填充等离子体的切伦柯夫自由电子激光器，表明该系统比普通切伦柯夫自由电子激光具有更高的工作频率和线性增长率。发现在入射电流和波导结构一定时，该系统和普通切伦柯夫自由电子激光器的增长率并不是随随电子束与介质的间距的增加而减小，而是存在一个最佳值。     

强激光等离子体中自由电子的经典行为

通过严格求解广义协变的电子运动方程,讨论了强激光等离子体中自由电子的经典行为.利用数值模拟,得到了自洽激光等离子体电磁场中自由电子运动的轨迹,并与平面波电磁场中自由电子的运动进行了比级. 关键词：     

基于激光等离子体加速的自由电子激光研究新进展

激光等离子体加速器能够在cm尺度内产生GeV量级的高品质电子束,为研制台式化自由电子激光提供驱动源。但是受限于激光等离子体加速中的难点和现有技术发展,电子束的品质难以达到自由电子激光的需求,尤其在稳定性、发散角和能散等方面,阻碍了台式化自由电子激光的研制。介绍了基于激光等离子体加速器的自由电子激光的最新进展,整理了目前高增益自由电子激光实验过程中存在的主要挑战和对应的解决方案与实验进展,并展望未来的发展方向。最近的研究结果证明,通过控制和优化激光等离子体加速器的注入和加速过程产生的高品质电子束可以在指数增益区域实现自发辐射放大,产生高增益的辐射,这也推动基于激光等离子体加速器的自由电子激光研究进入了一个新的阶段。     

预-主短脉冲激光驱动的高增益类氖氩软X射线激光

用数值模拟程序计算了脉宽1.5ps预脉冲和主脉冲激光,经1.2ns的时间延迟先后泵浦喷射的密度为6.632×10-3g/cm3的氩气柱,以获得高增益的类氖离子电子碰撞激发3p-3s跃迁激光的可能性。结果表明：在等离子体中能够形成宽的类氖离子丰度大于50%的区域,并且具有大于1020 cm-3的自由电子密度。主脉冲到达之后迅速加热自由电子,高密度的自由电子与类氖离子碰撞激发形成具有很高增益系数的增益区,增益区的半高宽度大约100μm,一维理论计算的增益系数为200~300cm－1,持续时间大约相当于泵浦激光的时间宽度,在1~2ps之间。     

激光导致水击穿和等离子体形成过程的物理分析

对短脉冲激光作用水介质中引起光学击穿的机制进行了分析,通过自由电子密度速率方程的数值解确定激光的击穿阈值.将数值计算结果与波长在可见光和近红外波段,脉宽为ns、ps和fs的激光脉冲在纯净水和含有杂质的水中的实验测量的击穿阈值作了比较.还计算了等离子体中自由电子密度的演化、等离子体吸收系数和能量密度.通过解自由电子密度速率方程得到结果与实验测量的值符合得很好.     

自由电子激光的计算机模拟

本文使用1(2/2)维电磁相对论粒子程序对自由电子激光进行计算机模拟。在线性段,计算机模拟与用解析理论计算的增长率符合很好。与没有轴向引导磁场的自由电子激光相比,加一弱轴向引导磁场时,Wiggler场的强度可降得较低。加一强轴向引导磁场时,波能量达到饱和水平所需时间较短。     

激光等离子体相互作用中的电磁不稳定性和能量运输

利用相对论电磁粒子模拟程序研究了超强激光与等离子体相互作用中产生的电磁不稳定性的发展演化过程.讨论了电磁不稳定性的发生和非线性饱和过程.给出了不稳定性的线性增长率和各向异性参量之间的函数关系,用Spitzer-Harm理论分析了电子热传导中能量的运输情况,观察到由激光的非等方加热引起的电子纵向加热现象.结果表明,不稳定...     

激光烧蚀硅表面的发射光谱分析

研究了不同能量的纳秒激光脉冲聚焦到单晶硅片上时,激光等离子体的自由电子密度和温度以及损伤形貌随激光脉冲能量增加的变化规律。研究结果表明：激光脉冲击穿硅介质产生的激光等离子体的体积以及自由电子密度和温度大小,决定了硅表面损伤的形貌特点和大小。自由电子密度和温度的变化特点是：随着激光脉冲能量的增加,激光等离子体的体积不断增大,自由电子温度缓慢增加而密度基本不变。又由于激光等离子体的自由电子密度和温度呈现从中心到边缘由大到小的变化趋势,所以损伤形貌总的特点是内部区域的熔化非常充分,形成明显的周期性排列的规则条纹,且条纹的排列趋势呈现环状;中部区域熔化不充分,形成条纹不很规则;边缘区域处分界明显,有时出现等离子体产生喷溅变色痕迹。     

超强激光在均匀等离子体中的背向拉曼散射放大机制

使用等离子体背向受激拉曼散射对激光进行放大时,等离子体的密度、温度和长度都会对激光的放大效果产生影响.为了探究等离子体密度对结果的影响,本文使用一维粒子模拟程序模拟了波长为800 nm的泵浦激光入射到均匀等离子体中,等离子体密度和泵浦光光强对散射光光谱的影响.模拟结果表明,等离子体密度降低会导致散射光的波长变短,而泵浦光的光强在一定范围内降低会增加散射光中背向散射光的比例.通过分析散射光的光强和等离子体的密度,发现前向拉曼散射是等离子体密度变化的原因.模拟结果对等离子体背向受激拉曼散射放大的实验研究具有重要的指导意义.     

液体中光击穿阈值的研究

从等离子体中自由电子密度速率方程出发,考虑到脉冲激光在聚焦区域的特征以及液体中光击穿的实验情况,提出了等离子体椭球模型.通过该模型的建立,对自由电子密度速率方程中电子扩散速率进行了修正,在理论上得到了光击穿的阈值.结果表明,等离子体椭球模型计算出水的击穿阈值更符合实验情况.     

液体中光击穿阈值的研究

从等离子体中自由电子密度速率方程出发,考虑到脉冲激光在聚焦区域的特征以及液体中光击穿的实验情况,提出了等离子体椭球模型.通过该模型的建立,对自由电子密度速率方程中电子扩散速率进行了修正,在理论上得到了光击穿的阈值.结果表明,等离子体椭球模型计算出水的击穿阈值更符合实验情况.     

强激光等离子体中的自由电子波函数

借助激光等离子体的光学度规,严格求解了弯曲时空中的狄喇克方程,得到了强激光等离子体中的自由电子波函数。当激光场为零时,该波函数自然地过渡到相对论的自由电子波函数。简单地讨论了该波函数可能的应用。 关键词：     

预-主短脉冲激光驱动的高增益类氖氩软X射线激光

 用数值模拟程序计算了脉宽1.5ps预脉冲和主脉冲激光，经1.2ns的时间延迟先后泵浦喷射的密度为6.632×10^-3g/cm³的氩气柱，以获得高增益的类氖离子电子碰撞激发3p-3s跃迁激光的可能性。结果表明：在等离子体中能够形成宽的类氖离子丰度大于50%的区域，并且具有大于10²⁰ cm^-3的自由电子密度。主脉冲到达之后迅速加热自由电子，高密度的自由电子与类氖离子碰撞激发形成具有很高增益系数的增益区，增益区的半高宽度大约100μm，一维理论计算的增益系数为200~300cm^－1，持续时间大约相当于泵浦激光的时间宽度，在1~2ps之间。     

自由电子激光中电子与辐射波相互作用有效时间的分析

利用已获得的大信号自由电子激光增益公式,导出了激光平均增长率表达式,分析了自由电子激光中电子与辐射波相互作用的有效时间,讨论了其主要物理参量对相互作用有效时间的影响 关键词：     

非磁化等离子体和磁化等离子体的电磁辐射特性研究

本文研究非磁化和磁化双MAXWELL分布等离子体的电磁不稳定性色散方程和电磁辐射增长率.结果表明,非磁化等离子体不能辐射出电磁波,而磁化等离子体能够辐射出电磁波.并分析讨论了磁化等离子体在不同参数下的电磁辐射增长率随辐射频率、等离子体密度和温度的变化.     

圆波导契伦柯夫自由电子激光流体描述

用磁流体理论研究了契伦柯夫自由电子激光的性质,导出了空心束驱动的圆柱对称波导契伦柯夫自由电子激光的色散关系,利用色散关系计算了契伦柯夫不稳定性增长率,给出了饱和功率的估计值,考虑了束与介质间间隙对契伦柯夫自由电子激光的影响,并就空心束与实心束情况进行了比较。     

圆波导契伦柯夫自由电子激光的单粒子理论

用单粒子理论研究了契伦柯夫自由电子激光的基本性质,给出了空心束圆柱衬介质波导契伦柯夫自由电子激光调谐特性,导出了增长率表达式,计算了克服谐振腔损失所需阈值电流和相互作用效率,讨论了束与介质间间隙的影响,并对空心束与实心束进行了比较,最后讨论了电子束品质对契伦柯夫自由电子激光的影响。     

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采用洛伦兹变换推导出左旋椭圆偏振强激光在磁化等离子体中的非线性色散关系,根据Karpman方法推导出激光场包络的非线性控制方程,分析了在磁化等离子体中左旋椭圆偏振激光的调制不稳定性,得到了调制不稳定的时间增长率。分析结果表明,磁化等离子体中自调制不稳定的极大增长率较非磁化情况明显减小,且在激光等离子体临界面附近处调制不稳定性的时间增长率显著增大。