激光等離子體尾波場(chǎng)中新型輻射產(chǎn)生的研究.pdf

1、隨著超短強(qiáng)激光技術(shù)的飛速發(fā)展，強(qiáng)激光與等離子體相互作用中粒子加速及輻射產(chǎn)生成為人們廣泛研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。其中的粒子源和輻射源由于其超短脈寬、高亮度等特性，給物質(zhì)超快結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究、醫(yī)療應(yīng)用、乃至核聚變研究提供了新的手段。關(guān)于輻射源產(chǎn)生，人們已經(jīng)提出了多種物理方案，主要包括產(chǎn)生于氣體或固體靶的高次諧波、Betatron輻射、湯姆遜散射、及基于等離子體飛鏡概念的高頻輻射源等。這些超快輻射產(chǎn)生方法在輻射源脈寬、光譜范圍、準(zhǔn)直性以及激光能量轉(zhuǎn)換率

2、等方面各具優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。本論文主要圍繞強(qiáng)激光與低密度等離子體作用產(chǎn)生新型輻射的物理機(jī)制開(kāi)展理論和數(shù)值模擬研究，探討了不同于上述方案的一種介于 THz至極紫外的寬帶相干輻射源產(chǎn)生機(jī)制。論文包括如下具體內(nèi)容：
　　第一部分（第一章和第二章）介紹有關(guān)激光等離子體加速和輻射產(chǎn)生的研究背景和研究進(jìn)展，其中包括利用激光激發(fā)電子等離子體波的各種機(jī)制、特別是激光尾波場(chǎng)的形成原因、電子捕獲注入原理及其不同的注入機(jī)制、基于激光等離子體相互作用產(chǎn)生的各種

3、輻射源產(chǎn)生方案及其相關(guān)進(jìn)展。
　　第二部分（第三至五章）論述了一種新型相干輻射在激光尾波場(chǎng)中的產(chǎn)生過(guò)程?；诹Ｗ幽M（PIC模擬）和理論分析，發(fā)現(xiàn)超強(qiáng)激光在低密度等離子體中激發(fā)的尾波場(chǎng)可輻射出高強(qiáng)度、少周期的極紫外（XUV）脈沖，它的脈寬可低至幾飛秒甚至幾百阿秒。當(dāng)激光脈沖受到極強(qiáng)的自調(diào)制并且發(fā)生脈沖前沿變陡現(xiàn)象時(shí)，激光脈沖后面尾波場(chǎng)區(qū)域的電子橫向動(dòng)量不再為零。隨后在這種殘余動(dòng)量與激光尾場(chǎng)中電子密度峰的共同作用下，形成了一個(gè)隨激光

4、脈沖一起向前運(yùn)動(dòng)的電流薄片，從而促成了XUV輻射的產(chǎn)生。
　　在此基礎(chǔ)上通過(guò)引入密度上升的非均勻等離子體區(qū)域，獲得了具有更高強(qiáng)度和更短脈寬的增強(qiáng)型輻射。同樣地，這種少周期的XUV輻射產(chǎn)生于第一個(gè)激光尾波場(chǎng)中。在同樣的激光條件下，在非均勻等離子體中產(chǎn)生的XUV輻射振幅可以比在均勻等離子體中提高數(shù)倍，脈寬降低一倍。
　　進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)入射激光強(qiáng)度減弱時(shí)，在其激發(fā)的等離子體尾波場(chǎng)中仍然可以激發(fā)橫向電流。但這個(gè)橫向電流不再是一

5、個(gè)薄層，而是趨向于與激光尾波場(chǎng)的波長(zhǎng)接近。此時(shí)由該橫向電流誘導(dǎo)產(chǎn)生的輻射性質(zhì)與激光尾波場(chǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，其頻譜范圍可從 THz頻段到近紅外區(qū)域。它既可以作為一種新型輻射源，也可以做為激光尾波場(chǎng)的診斷手段。
　　第三部分（第七章）主要介紹了相對(duì)論強(qiáng)激光在稀薄等離子體傳輸中的一些非線性現(xiàn)象，包括電子參量不穩(wěn)定性、泵浦損耗、自聚焦抑或有質(zhì)動(dòng)力散焦等過(guò)程。特別研究了極端高功率（峰值功率超過(guò)PW）的強(qiáng)激光脈沖在等離子體中的傳輸，發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)由橫