多模組合的TEM（1，0）+TEM（0，1）型激光場中電子俘獲加速的研究.pdf

1、隨著強激光技術的飛速發(fā)展，利用激光的超強電磁場加速帶電粒子，并據(jù)此發(fā)展新一代小型化高能電子加速器的相關研究受到了人們的普遍關注。我們課題組在對強激光中電子動力學的研究基礎上提出了一種新型的真空激光加速電子機制——俘獲加速機制(CAS：Capture and Acceleration Scenario)。CAS的物理原理是：真空中傳播的聚焦激光場中存在光場相速度小于真空光速的區(qū)域，其與強的縱向電場的重疊區(qū)形成了一個天然的加速通道。相對論電

2、子以一定條件入射到這個通道中，電子有可能感受到很小的相滑移，并保持在加速相中持續(xù)地被縱向電場同步加速，獲得很高的能量。以前我們組的研究主要是基于高斯型TEM(0，0)模激光場展開的。由于TEM(0，0)模激光場的有質動力勢橫向分布是高斯型的，其峰值位置處于光束中心，從而導致了電子的橫向散射問題。為了解決這個問題，本文探討高階模式的激光場，重點是TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光場。TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光場對應的有

3、質動力勢徑向分布呈環(huán)狀山谷型，其峰值位于0.707w(z)處，其中w(z)為激光光束的腰寬。這樣電子在中心區(qū)域所受的橫向有質動力指向光軸，因此可以被很好的約束在光場中央?yún)^(qū)域。與此同時，光場的縱向電場力可以對電子進行猛烈的加速?；赥EM(1，0)+TEM(0，1)模激光的有質動力加速機制，已有人從理論上探討過。而本文則致力于將其用于電子俘獲加速機制，探討在此激光場實現(xiàn)CAS加速的可行性及其特征。 本論文首先研究了TEM(1，0)

4、+TEM(0，1)模激光場的相速度分布，發(fā)現(xiàn)在沿x方向極化的TEM(1，0)模激光與亦沿x方向極化的相位差π/2的TEM(0，1)模激光相疊加(頻率相同)所構成的TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光在光場中心區(qū)存在相速度小于真空光速的區(qū)域，這一區(qū)域同時存在強的縱向電場，形成加速通道，從而使電子有可能在被徑向約束的同時實現(xiàn)俘獲加速。 通過三維的數(shù)值模擬計算，我們探討了將電子入射到這一低相速度區(qū)并實現(xiàn)同步俘獲加速的條件。發(fā)現(xiàn)如果

5、相對論電子束以一個小角度入射到激光場中，較容易實現(xiàn)CAS俘獲加速。同時較之傳統(tǒng)的TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光的有質動力加速機制，上述方案有一系列的優(yōu)點。 通過計算，我們還發(fā)現(xiàn)由于TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光場徑向力對電子的約束作用，可以使出射電子具有較小的出射角和空間彌散度；本文還指出由于TEM(1，0)+T'EM(0，1)模激光場特殊的低相速度區(qū)分布，電子在運動過程中有可能經(jīng)過兩個低相速度區(qū)，經(jīng)歷兩次加