在激光尾场加速中电子密度和初始动量对其自注入及加速的影响

利用哈密顿理论给出了等离子体电子在尾场中捕获及其加速与激光、等离子体参量的关系表达式.讨论了等离子体电子密度和初始动量对电子自注入和加速的影响机制.研究结果表明:静止电子不能被尾场捕获并加速,而具有一定初始动量的电子容易自注入至激光尾场中并得到加速.等离子体密度越小,激光尾场场强越强,电子将获得更大的能量.2维粒子模拟结果与理论结论一致.所得结果对超强超短脉冲激光尾场加速电子的方案具有理论指导意义.     

超短超强激光脉冲驱动等离子体波加速电子方案以及最新研究进展

随着超短超强脉冲激光技术的发展，人们可以在台面尺度获得光强超过10¹⁸W·cm^-2、脉宽小于100fs的超短脉冲激光.这种超短脉冲激光很容易把初始静止的电子加速到相对论能量.而更重要的是超短激光脉冲可以通过其有质动力激发大振幅的等离子体波（称为激光尾波场），把电子加速到更高的能量.其加速梯度可达到100GeV·m^-1，即在1mm的空间尺度把等离子体电子加速到100MeV.国际上4个实验室在2004年报道通过激光尾波场加速获得能量单色性以及方向性极好的电子束，使人们看到了激光尾波场加速电子的实际应用前景.文中简要介绍等离子体中激光尾波场加速电子的物理机制和方案、及该领域的最新进展和展望.     

自注入电子束的加速及其对激光尾场的影响

在激光等离子体相互作用中对自注入电子束的加速及其对尾场的影响进行了理论研究.自注入电子束在空泡底部削弱了激光尾波静电场.随着自注入电子束电荷密度的增加,尾波场结构明显改变和空泡纵向变长.随后的鞘层电子须以较高的初始纵向动量才能自注入到不断演化的空泡尾场中.当自注入电子束的库仑场大于空泡内静电场时,该电子束将驱动等离子体尾波场.     

圆偏振强激光真空中加速电子最佳参数的分析

利用一维粒子模拟和解析的方法对圆偏振强激光在真空中加速电子进行了研究.研究表明,电子获得的最大能量与激光的强度有关,并且电子在激光场中加速有个最佳的加速距离,即当电子的位置与激光脉冲的峰值位置重合时,电子获得最大的能量,而最佳加速距离与激光脉冲的宽度和振幅有关.在电子获得最大能量的位置加入一个挡板能挡住激光而电子可以穿过,从而将电子从激光场中分离出来.     

基于激光等离子体的太赫兹脉冲驱动电子偏转

传统电子加速装置以射频场作为驱动场.相比之下,太赫兹辐射波长更短,加速梯度更高,是未来紧凑型电子加速装置的一种潜在驱动场.此外,太赫兹脉冲可以提供一个超快调制场用于压缩和测量电子脉宽.近年来,太赫兹场与电子的相互作用引起了广泛关注.强激光与等离子体相互作用可同时产生大能量的太赫兹脉冲和大电量的超短电子束,这一优势使其有望成为太赫兹场调控电子、太赫兹泵浦-电子探测的新型独特平台.本文以一种可行的实验布局为例,研究了激光等离子体产生的太赫兹脉冲对同向传播电子束的偏转作用.通过计算模拟,系统讨论了各参数对太赫兹场引起的电子偏转的影响,发现太赫兹电场强度或脉宽增加会使偏转现象更为显著,另外,偏转现象与太赫兹波形有关.初步的演示性实验定性验证了数值分析结果.     

相对论性电子与强场作用的非线性理论

研究了相对论性电子在强激光场中的非线性康普顿散射,进而导出散射光子频率的表达式.结果表明:当散射角为0时,电子仅仅充当了“耦合器”的作用,并存在n倍频效应.当散射角为π时,若电子和光子对撞,散射光子的频率随电子吸收光子数n的增大而增大,随激光场强度增强而减小;若光子追上电子而发生碰撞且散射光子被反弹时,可实现激光场对电子的有效加速.     

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。     

相对论性电子的Compton散射

用单粒子理论研究了相对论性电子的Compton散射. 当散射过程不改变光子运动方向时,存在n倍频效应,也存在光子频率及运动方向都不改变的散射过程. 指出了一定条件下可以实现激光场对电子的有效加速.     

Compton散射下激光等离子体与自生磁场对电子的加速

应用电子与多光子集团非线性Compton散射模型,对多光子非线性Compton散射下激光等离子体和自生磁场对电子的加速进行了理论分析和数值模拟.结果表明,不仅由Compton散射光与入射光形成的耦合光以及耦合光与等离子体相互作用形成的自生磁场所构成的混合场能使做回旋共振运动的电子在较短的长度内加速到很高的能量,而且注入电子的初始参数及耦合光的参数对电子加速亦有较大影响.     

原子强场双电离的关联电子动力学

强激光与原子分子相互作用时,有许多由电子关联效应导致的新现象.强激光场驱动下的原子分子双电离,特别是非次序双电离,是一种典型的由电子关联作用引起的物理过程,为人们研究电子关联效应提供了一种重要途径.本文介绍了基于冷靶反冲离子动量成像谱仪技术对强场双电离关联电子微观动力学的研究现状,总结了不同激光强度下非次序双电离的微观动力学过程,进一步介绍了基于双色场对非次序双电离关联电子动力学过程控制的理论及实验研究.最近强场次序双电离实验观察到了许多与以前的理论模型预言相悖的物理现象,本文介绍了最近发展起来的次序双电离模型对这些现象的解释,以及此理论模型预言的次序双电离的有趣现象.