激光同步辐射在不同观测角度上的辐射特性研究

利用高能电子在强激光场中散射发出激光同步辐射,根据Lorentz方程与电子能量方程构建高能电子与强激光场的对撞模型,并通过MATLAB软件模拟高能电子在与强激光场对撞时电子运动的三维轨迹以及不同观测角度上同步辐射的脉宽和最大功率,进而分析不同观测角度对激光同步辐射特性的影响。模拟结果表明,观测角度由0°增大到360°期间,激光同步辐射的最大功率先减小后增大,而其脉宽先减小后增大,两者都于观测角为180°处左右呈现出一定程度的对称。且在0度或360度处获得的最大辐射功率取值最大,脉宽最小,能量最集中。     

偏振参数对高能电子运动及辐射特性的影响

为了探究超强激光偏振参数的梯度变化对场内高能电子运动及辐射特性的影响, 首先以电磁学基本方程为基础, 推导并建立了初始动量为0的相对论性单电子加速模型, 其次编写无近似的数值模拟仿真程序进行迭代计算与理论分析, 取得了不同偏振参数的超强激光作用下单电子的运动以及空间辐射可视化数据。结果表明, 随着偏振参数δ由0到1逐渐增大, 电子的运动轨迹由2维平面振荡逐渐过渡为3维螺旋状前进, 绕旋幅度逐渐增大且轨迹投影逐渐趋向于正圆; 电子的功率辐射空间分布也从平面线性逐渐变为3维涡旋状, 由上下针状分叉逐渐变为平滑连接, 总体变化趋势可按形态划分为δ=0, δ∈(0, 0.6], δ∈(0.6, 0.99]以及δ=1共4个阶段。该结果为高能电子辐射研究提供了多视角的理论及数值依据, 对实际应用中精确探测超强激光各项参数是有帮助的。     

Red Shift and Broadening of Backward Harmonic Radiation from Electron Oscillations Driven by Femtosecond Laser Pulse

The characteristics of backward harmonic radiation due to electron oscillations driven by a linearly polarized fs laser pulse are analysed considering a single electron model. The spectral distributions of the electron＇s backward harmonic radiation are investigated in detail for different parameters of the driver laser pulse. Higher order harmonic radiations are possible for a sufficiently intense driving laser pulse. We have shown that for a realistic pulsed photon beam, the spectrum of the radiation is red shifted as well as broadened because of changes in the longitudinal velocity of the electrons during the laser pulse. These effects are more pronounced at higher laser intensities giving rise to higher order harmonics that eventually leads to a continuous spectrum. Numerical simulations have further shown that by increasing the laser pulse width the broadening of the high harmonic radiations can be controlled.     

超短脉冲激光对透明材料的破坏

基于固体的能带理论和能量守恒原理建立了一个描述激光与非金属材料作用时载流子随时间空间变化的理论模型。讨论了材料的破坏阈值、烧蚀深度与激光脉宽、波长和强度之间的关系,同时也讨论了破坏阈值、烧蚀深度与材料禁带宽度等特性之间的关系。讨论了多光子电离、隧道电离和雪崩电离在激光对材料破坏过程中的不同地位,理论结果表明,光电离在超短脉冲激光对非金属材料破坏过程中对破坏阈值的影响最大。     

紧聚焦强激光脉冲中电子的非对称性辐射

为了获得紧聚焦脉冲激光作用下电子的辐射特性,采用非线性Thomson散射理论和线偏振紧聚焦激光脉冲与单电子的相互作用模型,利用MATLAB完成数值模拟,获得了电子的运动特性、不同观测角度下的功率与能量分布,以及最大辐射方向上的功率与能量.结果表明,与平面波激光脉冲作用下的非线性Thomson散射现象相似而又不同,在紧聚...     

束腰半径对高能电子与圆偏振激光对撞运动轨迹的影响

根据Lorentz方程与电子能量方程建立了单电子对撞模型,并借助MATLAB软件模拟了与不同束腰半径的激光脉冲对撞的电子的三维运动轨迹,详细研究了圆偏振紧聚焦高斯激光脉冲束腰半径与对撞电子运动轨迹间的关系。研究结果表明,对撞电子运动轨迹的最大振幅随束腰半径的增大而增大。且在激光脉冲束腰半径较小时其变化对电子运动轨迹影响较大,随着激光束腰半径的增大,其变化对撞电子运动轨迹的影响逐渐减弱,在束腰半径大于4倍激光波长时即可近似认为束腰半径增大不再会对电子运动轨迹产生影响。     

电子初始位置对高能电子空间辐射的影响

为了探究高能电子辐射与其初始位置间的关系, 依据拉格朗日方程构建了单个高能电子与高斯激光脉冲相互作用发生散射的模型, 并采用数值模拟的方法通过MATLAB获得了电子运动轨迹及散射光的空间辐射特性, 具体分析讨论了电子初始位置对空间能量辐射的影响。结果表明, 初始状态静止的高能电子经与线偏振紧聚焦强激光相互作用, 其在平面内沿+z方向先做振荡运动, 然后沿直线行进; 最大辐射能量及其辐射方向均受到电子初始位置的较大影响, 前者随电子初始位置朝z轴正向移动出现极大值, 而后者在方位角恒定的同时极角逐渐减小并最终稳定; 全空间最大辐射能量在电子初始位置位于(0, 0, -7λ₀)(λ₀为激光波长)、极角和方位角分别为23.5°和180°时取得。此结果说明通过合理设置电子的初始位置可以获得强度尽可能大的辐射。     

激光脉冲初始相位对电子辐射的影响

为了研究超短超强椭圆偏振激光初始相位对于高能电子辐射特性的影响, 采用了Lorentz方程与电子能量方程构造高能电子与强激光场的对撞模型的方法, 并使用MATLAB进行数值模拟, 获得了电子的运动轨迹以及激光场空间辐射的功率与能量分布的数据与图像, 对不同的激光初始相位所对应的3维空间辐射特性进行了研究。结果表明, 当激光脉冲撞击电子时, 电子产生辐射, 且辐射功率呈现出双峰形; 高能电子的辐射功率图像在初始相位为0°, 180°和360°时表现为对称型双峰, 而在其它相位下则呈现出非对称型双峰。该结论为超短超强椭圆偏振激光的初始相位3维反探测研究提供了一定的基础。     

脉宽对激光撞击电子辐射峰值影响的模拟计算

为了研究激光脉宽对撞击电子后产生的辐射能量分布, 采用模拟计算的方法, 以Lorentz方程以及电子辐射方程为基础, 建立了紧聚焦激光作用于静止单电子模型, 并通过MATLAB软件模拟了不同脉宽下的激光脉冲与电子作用后产生的电子辐射能量分布, 对飞秒紧聚焦椭圆偏振激光脉冲的脉宽与电子间的辐射功率峰值进行了深入研究。结果表明, 当紧聚焦激光脉冲遇到静止单电子, 在激光脉冲撞击电子时, 电子会发出辐射; 散射辐射在散射方向的中心呈尖锥状积累; 随着激光脉宽的增加, 辐射功率分布逐渐呈现出双峰形; 脉冲宽度越宽, 电子辐射功率峰值越小, 脉宽为10λ₀时的峰值功率仅为脉宽为0.1λ₀时峰值功率的1%(初始脉宽λ₀=3.33fs), 同时辐射功率达到峰值所需时间越长, 最高峰的持续时间越长, 频谱函数的截止频率越低, 高频分量变少, 谐波次数增加。该结果对激光空气等离子体诊断方面具有重要意义。