锥形超强激光场中光子康普顿散射的能量转换

应用相对论性电子与光子非弹性碰撞模型和经典相对论电动力学理论,分析、计算了锥形超强激光场中的电子和光子的能量转换效率,得出了用高能电子束与发生单光子非线性Compton散射是提高二者能量转换效率的理想途径的结论。     

强激光等离子体中质子加速的新机制

为了研究等离子体中Compton散射对靶背法向方向加速质子的影响,采用多光子非线性Compton散射模型和等离子体模拟方法,对Compton散射下等离子体中的质子加速进行了理论分析和数值模拟,提出了将入射光和Compton散射光作为在等离子体靶表面处形成的静电场加速质子的新机制,得到了质子加速的一些重要数据。结果表明,Compton散射使等离子体内产生的高能电子数增加,高能电子靶表面上所产生的静电场增强,从而使质子获得更高的加速能量;散射使静电场增强效应,有效地补偿了因激光调制不稳定性增强而造成电子在向等离子体输运过程中的能量损失,从而使质子从平缓密度标长等离子体中获得的加速能量高于从陡峭密度标长等离子体中获得的加速能量。因此,采用Compton散射下的平缓密度标长等离子体加速质子较为理想。     

Compton散射下正弦三角等离子体中正电子的加速

应用多光子非线性Compton散射模型和数值模拟方法,研究了正弦三角超强激光等离子的尾场对正电子加速,提出了将入射超强激光和非线性Compton散射光作为等离子体尾场对正电子加速的新机制,给出了正电子加速能量修正公式和数值模拟结果。结果表明:使用非对称正弦三角激光脉冲的等离子体尾场加速正电子优于对称正弦三角激光脉冲的尾场情况,散射使非对称正弦三角耦合激光脉冲宽度和上升长度与下降长度之比缩小,正电子获得的加速能量显著增大。这是因为正电子频率增大,横向速度各向异性分布增强,尾场限制了正电子横向加速能量,导致正电子在激光传输方向加速能量增大。     

非对称激光等离子体尾场中被加速电子的模拟

为了研究在激光驱动的等离子体尾场中被加速电子的动力学,采用数值模拟方法得到了非对称脉冲驱动的尾波场中被加速的电子的运动相图、密度分布及势能。结果表明,非对称激光脉冲驱动尾场中电子得到很高的能量。在非对称激光脉冲驱动的激光尾场中,为了有效地加速电子,要选择恰当的上升激光脉冲长度和下降激光脉冲长度。     

Compton散射对椭圆偏振激光调制不稳定性的影响

应用相对论理论和多光子非线性Compton散射模型,对等离子体中多光子非线性Compton散射对椭圆偏振光调制不稳定性的影响进行了研究,给出了调制不稳定性的时间增长率修正方程,并进行了数值模拟.结果表明,与散射前相比,Compton散射光越强,引起调制不稳定性的最大时间增长率增量越大.在激光等离子体临界面附近处,散射引起的调制不稳定性的最大时间增长率增量加速了激光场的坍塌.     

激光尾波场电子加速及新型辐射源（特邀）

受益于超短超强激光技术的持续迅猛发展,飞秒强激光为人类提供了全新的实验手段与极端的物理条件,使激光物质相互作用进入到一个极端非线性的强场超快新范畴,催生了大量新原理、新现象,推动了技术变革。飞秒强激光驱动的等离子体尾波场加速原理是一种具有超高加速梯度的粒子加速新原理,该技术的加速梯度可达100 GV/m,相比于传统射频加速器提高了3个数量级以上,可在厘米量级的加速长度内获得GeV量级的高品质高能电子束,极大地降低了加速器的成本,为发展新一代粒子加速技术和新型超快辐射源提供了新机遇和新途径。从飞秒强激光驱动等离子体尾波场中的电子注入、能量啁啾控制和高品质电子束产生以及基于高品质电子束的betatron X射线辐射、高能伽马射线和小型化自由电子激光这几个方面介绍了激光等离子体尾波场电子加速的若干主要研究进展,并对未来进行了展望。     

Compton散射对光子晶体中光束自陷的影响

用相干函数法研究了Compton散射下圆形部分相干光束在全内反射光子晶体中的自陷行为。研究发现,散射使光谱中非相干成分和衍射效应降低,形成孤子的几率提高。传输中孤子振荡幅值、压缩程度、变化周期、半径均比散射前小,相干半径比散射前大,自聚焦起主导作用。     

多光子非线性Compton散射下的调制不稳定性对波分复用系统的影响

运用小信号分析法,研究了多光子非线性Compton散射下的调制不稳定性(MI)对波分复用系统的影响,结果表明:计及散射光的调制不稳定性,不仅会使波分复用系统的信噪比(SNR)更快地下降,从而导致信号强度更快地减弱,而且还会对噪声有更大的放大作用;这种调制不稳定性对波分复用系统中各信道的影响是不同的,它对短波段的作用强于长波段,也会使各信道的信噪比产生更大的偏差,将使长波段较短波段有更大的信噪比,信噪比的降低将随着长度的增加有较快的积累.     

增益介质中Compton散射对小尺度自聚焦的影响

通过对激光放大介质中多光子非线性Compton散射光小尺度自聚焦特性的研究,提出了小尺度自聚焦的非线性理论,并对小尺度调制方程、增益谱和成丝距离进行了修正.研究发现:散射光的临界频率和最快增长频率近乎是相同的,在介质增益下,散射光引起的非线性扰动最快增长频率和最大增长率与背景光强度和传输距离几乎无关.在一定输入和输出功率下,在散射光出现的初始阶段,它使背景光的能量、小尺度扰动最快增长频率、最大增益和相应的B积分迅速增大,调制谱的范围迅速加宽,成丝距离延长;之后,它们的变化几乎与散射光无关.     

Compton散射下强激光等离子体的辐射阻尼效应

为了研究Compton散射对强激光等离子体中辐射阻尼效应的影响,采用多光子非线性Compton散射模型、相对论理论和洛伦兹变换方法,对Compton散射对不同极化激光在等离子体中产生辐射阻尼效应的影响进行了理论分析和数值计算。提出了将Compton散射光作为等离子体产生辐射阻尼效应的新机制,给出了辐射阻尼满足的修正方程。结果表明,Compton散射使等离子体辐射阻尼效应对电子运动产生重要作用的几率增大,这主要是由于产生这种作用所需的入射激光强度降低,从而使电子频率增大、电场耦合频率增大的缘故。多光子非线性Compton散射光是产生和提高等离子体辐射阻尼效应的一个重要机制。     

电子显微镜中的康普顿散射

在电子显微镜中,通过记录大角非弹性散射电子能量损失谱来研究固体材料基态电子动量密度分布的方法,称为固体的电子康普顿散射技术(electron Compton scattering from solids,ECOSS)。利用该技术得到的康普顿轮廓的动量分辨率可以达到从同步辐射光源上得到的康普顿轮廓的动量分辨率水平;而其非常短的收集时间,使利用康普顿散射对固体材料电子动量密度的系统研究成为可能。本文简要介绍了该技术的背景、实验方法、理论基础,研究进展和应用。     

Compton散射对未磁化等离子体调制不稳定性的影响

为了研究Compton散射对未磁化等离子体调制不稳定性的影响,采用多光子非线性Compton散射模型,对Compton散射下的未磁化等离子体调制不稳定性进行了理论分析和实验验证,取得了散射对调制不稳定性的时间增长率、非线性色散和控制影响的重要数据,提出了将入射光和Compton散射光作为形成调制不稳定性的新机制。结果表明,Compton散射使未磁化等离子体的自调制不稳定性的最大时间增长率和激光自聚焦较散射前减小,等离子体截面附近处调制不稳定性的时间增长率较散射前增大。     

Influences of Uncaptured Electron on Energy Conversion of Photon Compton Scattering in High Power Laser-mplasma

Using the single particle theory and the non--flexibility collision model of electron and photon,the influence of the uncaptured electrons on the energy conversion efficiency of multi--photon nonlinear Compton scattering in the extra stationary laser--plasma is investigated. It shows that in extra stationary laser—plasma, the uncaptured electrons make the Ato of the scattering frequency of the multi--photon Compton fall down with the increases of the incident radiation electron speed, the materials of the incident collision of electron and photon, and the number of the photons which work with the electrons at the same time. Under the modulation of the uncaptured electrons to the laser field, the energy conversion efficiency between electrons and photons will fall down with the increase of the electron incident radiation speed, using the low--power electrons for incident source, the loss can be efficiently reduced.     

Influences of Uncaptured Electron on Energy Conversion of Photon Compton Scattering in High Power Laser-plasma

Using the single particle theory and the non-flexibility collision model of electron and photon, the influence of the uncaptured electrons on the energy conversion efficiency of multi-photon nonlinear Compton scattering in the extra stationary laser-plasma is investigated. It shows that in extra stationary laser-plasma,the uncaptured electrons make the Δω of the scattering frequency of the multi-photon Compton fall down with the increases of the incident radiation electron speed,the materials of the incident collision of electron and photon, and the number of the photons which work with the electrons at the same time. Under the modulation of the uncaptured electrons to the laser field, the energy conversion efficiency between electrons and photons will fall down with the increase of the electron incident radiation speed, using the low-power electrons for incident source, the loss can be efficiently reduced.     

相干反馈无序激光器循环光散射探讨

Cao提出了相干反馈无序激光是由循环光散射(即多重散射形成回路)而产生的观点,但未指出不同数目的散射粒子构成的回路可能激射的相对几率.为了便于分析,对ZnO散射粒子提出了立方体、单面镜的简化模型.针对染料溶液中加入纳米ZnO粒子构成的相干反馈无序激光器以及ZnO粉末薄膜相干反馈无序激光器,通过对实验数据进行分析和计算,证明了二粒子回路比三粒子回路更容易激射,粒子越多的回路越难激射.实验支持了这一观点.