电子磁流体模型及Biermann电池效应和位移电流效应

电子磁流体（Electron Magnetohydrodynamics,EMHD）理论在空间、天体等离子体物理以及纯电子等离子体物理领域,特别是磁场的产生、磁力线的重联等重要物理现象的研究中有广泛应用．近年来对一些空间、天体物理过程的实验室模拟以及相关的激光等离子体物理与高能量密度物理的研究中,等离子体物理过程的快尺度时空演化导致位移电流效应、Biermann电池效应等对电子磁流体模型的一些基本假设产生重要的修正．本文在讨论分析电子磁流体理论模型主要近似的基础上,研究了Biermann电池效应与位移电流引起的效应,并进一步讨论了这一些效应对一些重要等离子体物理过程的影响．     

周期磁场中运动的电子与光辐射交换能量的机制

电子在右圆极化静磁场中作螺旋线运动。这种运动的电子与光辐射光波相互作用,有可能使电子获得能量,也有可能使电子失去能量。电子能量的得失可以由作用在电子上的力来计算。根据能量守恒,失去的能量由光波吸收,从而实现了激光放大。这就是自由电子激光中激光介质与光辐射能量交换的基本物理机制。     

超短超强激光与等离子体相互作用中质子发射一些研究进展

超短超强激光与等离子体相互作用中得到的高能质子在质子成像、粒子加速、诊断超短超强激光与等离子体相互作用的物理过程、“快点火”和治疗癌症等方面有一定的应用。使得对超短超强激光与等离子体相互作用得到的高能质子的研究成为目前的研究热点。文章综述了产生质子的两种主要加速机制以及在不同实验条件下超短超强激光与等离子体相互作用过程中得到质子的能量、角分布、产额以及相关的原理。     

超强激光脉冲与等离子体相互作用中电子流聚束及其不稳定性的研究

在线极化超强超短激光脉冲与低密度等离子体相互作用过程中，由于激光有质动力的作用，纵向将形成强相对论性的电子流，电子流诱发的准静态磁场又将使电子流产生聚束；同时在横向，由于激光电场的作用，聚束后的电子流将发生扭曲，因而产生扭曲不稳定性。该文从分布函数出发，对其进行讨论，得到了这种情况下的稳定性条件。     

相向超短超强激光脉冲与中间薄膜靶相互作用产生快电子的模型

该文研究的是两束相向超短超激光脉冲与中间薄膜靶相互作用之间产生快电子的一种简单自洽模型理论，由理论推知，当满足一定条件时，由于激光有质动力与靶电子的谐振作用，在靶表面的电子云层中的电子被强烈加速产生快速高能电子。     

阿秒科学前沿开拓与强场量子相干控制研究

该研究产生更短脉宽、更高光子能量与更高亮度的阿秒相干光源以及原子分子中阿秒电子波包的探测和控制,预期目标主要包括:(1)实现亚飞秒时间尺度和原子级空间尺度内实时观测和控制电子动力学行为;(2)在多电子弛豫过程中,电子重排、电子-电子碰撞动力学等多电子复杂动力学研究中取得若干突破;(3)揭示有重要意义的化学反应的电子动力学物理本质。探索阿秒脉冲作用下物质的电子动力学新规律及其应用。开展中红外激光与气体介质相互作用产生高次谐波的实验和理论研究,采用双色场方法获得高次谐波连续谱,为进一步将阿秒脉冲宽度测量和光子能量推进到"水窗"做准备。从理论上深入了解分子结构和反应通道和分子高次谐波之间的联系,以及和激光参数之间的关系,为实验研究做准备。获得了一些系列研究成果,包括发现太赫兹辐射波形可以通过改变驱动激光脉冲的CEP而实现控制,在光丝等离子体中太赫兹辐射发生极性反转,利用周期量级极端超快激光脉冲光场自身的不对称性获得增强的太赫兹辐射;发现基于独立电子近似的遂穿模型不能解释次序双电离中的许多现象等。     

物理场辅助激光焊接的研究现状

目的综述不同物理场辅助激光焊接的国内外研究现状,展望物理场辅助激光焊接技术未来的发展方向。方法论述电场、磁场、超声场等不同物理场对激光焊接过程的影响机理,对比不同物理场作用的优缺点。结果与结论依据物理场辅助激光焊接发展现状,指出其在工艺优化、设备集成、理论基础等方面面临的挑战,并展望了该技术未来的发展趋势。     

相对论性电子在行波磁场中的运动

相对论性电子在周期性磁场中的运动将产生自发辐射，这是产生自由电子激光的基础。本采用的行波磁场，是一种新型的周期性磁场。通过讨论要以看出，当电子通过这种磁场时也将产生自发辐射，从而说明该磁场能做为自由电子激光器的摆动器。     

刊中刊

《科学通报》2008年53卷12期激光尾波场加速器中反向注入激光脉冲参数对电子注入的影响通过数值模拟和理论分析,研究了由两反向传播的激光脉冲在稀薄等离子体中的相互作用造成的向激光尾波场中注入电子的物理过程,并讨论了两激光     

基于强激光场调控的关联电子动力学操控研究

正我校物理电子工程学院教师汤清彬博士2015年获批国家自然科学基金面上项目:基于强激光场调控的关联电子动力学操控研究,项目编号:61575169.超快超强激光脉冲技术的发展为研究光与物质相互作用提供了前所未有的实验条件,将光与物质相互作用的研究拓展到了一个新的层次.最近十几年来,强激光场驱动的多电子体系的     

Electron dynamics in collisionless magnetic reconnection

Magnetic reconnection provides a physical mechanism for fast energy conversion from magnetic energy to plasma kinetic energy. It is closely associated with many explosive phenomena in space plasma, usually collisionless in character. For this reason, researchers have become more interested in collisionless magnetic reconnection. In this paper, the various roles of electron dynamics in collisionless magnetic reconnection are reviewed. First, at the ion inertial length scale, ions and electrons are decoupled. The resulting Hall effect determines the reconnection electric field. Moreover, electron motions determine the current system inside the reconnection plane and the electron density cavity along the separatrices. The current system in this plane produces an out-of-plane magnetic field. Second, at the electron inertial length scale, the anisotropy of electron pressure determines the magnitude of the reconnection electric field in this region. The production of energetic electrons, which is an important characteristic during magnetic reconnection, is accelerated by the reconnection electric field. In addition, the different topologies, temporal evolution and spatial distribution of the magnetic field affect the accelerating process of electrons and determine the final energy of the accelerated electrons. Third, we discuss results from simulations and spacecraft observations on the secondary magnetic islands produced due to secondary instabilities around the X point, and the associated energetic electrons. Furthermore, progress in laboratory plasma studies is also discussed in regard to electron dynamics during magnetic reconnection. Finally, some unresolved problems are presented.     

Nonlinear dependence of anomalous resistivity on the reconnecting electric field in the Earth’s magnetotail

Based upon the observational data of the fast magnetic reconnection in the nearly collisionless magnetotail and the particle in cell (PIC)simulations on the electron acceleration in the reconnecting current sheet with guide magnetic field,we self consistently solved one dimension Vlasov equation with the magnetotail parameters and realistic mass ratio to explore the relationship between the anomalous resistivity and the induced electric field.As compared with theoretic formula for the current driven ion-acoustic and Buneman anomalous resistivity,the anomalous resistivity may result from the ion acoustic instability for small reconnecting electric field and the Buneman instability for large reconnecting electric field.The discrepancy between the theoretic results and numerical simulations may be caused by the high frequency instability that results from the deviation of electron distribution from Maxwellian one.These results are consistent with the early experimental results and favorable for the fast reconnection to take place.     

考虑碰撞的二维离子引出过程的数值模拟

为研究各因素对原子蒸气激光同位素分离（ＡＶＬＩＳ）中离子引出特性的影响,采用二维流体理论电子平衡模型分析计算了引出过程中外加恒定电磁场和电子温度等因素对离子引出特性（引出时间、碰撞损失率）的影响。粒子间的碰撞主要考虑同位素离子和原子间的共振电荷转移,用碰撞截面来处理。数值计算结果表明,外电场和电子温度对离子引出特性影响较大。外电场强,电子温度高,则引出时间短,碰撞损失亦小。而一定的恒定磁场对引出特性影响很小。     

Ultrafast generation of magnetic fields in a Schottky diode.

For the development of future magnetic data storage technologies, the ultrafast generation of local magnetic fields is essential. Subnanosecond excitation of the magnetic state has so far been achieved by launching current pulses into micro-coils and micro-striplines and by using high-energy electron beams. Local injection of a spin-polarized current through an all-metal junction has been proposed as an efficient method of switching magnetic elements, and experiments seem to confirm this. Spin injection has also been observed in hybrid ferromagnetic-semiconductor structures. Here we introduce a different scheme for the ultrafast generation of local magnetic fields in such a hybrid structure. The basis of our approach is to optically pump a Schottky diode with a focused, approximately 150-fs laser pulse. The laser pulse generates a current across the semiconductor-metal junction, which in turn gives rise to an in-plane magnetic field. This scheme combines the localization of current injection techniques with the speed of current generation at a Schottky barrier. Specific advantages include the ability to rapidly create local fields along any in-plane direction anywhere on the sample, the ability to scan the field over many magnetic elements and the ability to tune the magnitude of the field with the diode bias voltage.     

一种新型大场纵向表面磁光克尔效应测量系统

基于磁光克尔效应的测量技术已发展成为研究表面磁性的一种有效手段,它具有高精度、响应快、低成本等优点.介绍了一种新型大场纵向表面磁光克尔效应测量系统,通过使用聚焦透镜来有效增大入射激光的入射角,提高纵向克尔信号强度,减小磁极间距,实现了测量具有较大面内矫顽力的样品;同时通过引入分光路系统来克服由于激光器光强变化所导致的信号不稳问题.该系统测量精度较高,可以满足磁性薄膜及超薄膜的面内磁滞回线测量.     

激光与微波功率对金刚石NV色心磁强计ESR谱线的影响研究

金刚石氮空穴色心磁强计广泛采用连续波光探测磁共振脉冲进行磁测,其灵敏度指标主要受到激光功率和微波功率影响.基于金刚石氮空穴色心系综搭建了一套共聚焦磁场检测系统,调节激光功率和微波功率测量相应的电子自旋共振谱的谱线半高宽和谱线对比度.实验表明,谱线半高宽主要受到微波功率影响,谱线对比度同时受到微波功率和激光功率影响;保持微波功率不变提高激光功率,观测到了明显的谱线半高宽变窄.系统的最优参数可分两步获得,首先调整微波功率获得较好谱线半高宽,再提高激光功率获得更好的对比度和谱线半高宽.      

锥形超强激光场对电子的加速效应

提出了用锥形超强激光场对电子加速的方法,研究了该位形光场对电子的加速效应,得出了电子在该光场里无群聚现象,并能被光场俘获的结论。     

一种高精度相位激光测距方法的实现

在众多的测距方法中,激光测距因其良好的精确度特性而广泛应用在军事和民用领域。本文实现了一种针对合作目标的正弦调幅激光相位测距方法,使用CPLD和单片机,利用脉冲填充法提高了测距精度,以此方法设计的测距仪具有系统简单,响应速度快和精度高等特点。