强激光对真空电子的加速研究

论文摘要

随着超短超强激光技术的发展,利用激光的超强电磁场来加速电子的研究受到了人们的广泛关注。近几年激光等离子体加速粒子在实验上取得了重大成果,人们已经能够通过激光加速使粒子获得GeV的能量,同时,真空激光加速粒子的研究也取得了很大进展。而且,在真空中加速,可以避免等离子体不稳定性因素。本文首先介绍了真空激光加速的条件,真空激光场加速电子的两种模型——有质动力加速和真空俘获加速。接着分析了两种不同的激光场的电磁场分布,给出了相关的电场和磁场的表达式,研究了电子在两种激光场中的运动特性,用数值计算的方法模拟了电子在激光场中的运动轨迹和速度分布,从而得出了真空电子在强激光场中能有效加速的结论,最后由电子产生的流密度得到电子的辐射能量谱,并分析了真空电子在激光场中的辐射特点。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 激光技术的发展
• 1.2 激光加速技术的发展
• 1.3 真空中激光加速电子的条件
• 1.3.1 Lawson-Woodward 定律
• 1.3.2 纵向电场的存在
• 1.3.3 聚焦光束中的低相速度区
• 2 激光电磁场的基本理论
• 2.1 电磁场的势表示
• 2.2 光场传输遵循的运动方程
• 3 电子与高斯激光场的作用
• 3.1 真空电子在高斯激光场中直接加速
• 3.1.1 高斯激光场的描述
• 3.1.2 高斯激光场中的电子动力学
• 3.2 电子自发辐射能量谱
• 3.2.1 电子流密度的 Fourier 分量
• 3.2.2 电子辐射谱公式
• 3.2.3 辐射谱计算
• 3.3 小结
• 4 紧聚焦强激光束对电子的作用
• 4.1 真空电子在紧聚焦强激光场中直接加速
• 4.1.1 紧聚焦激光场的描述
• 4.1.2 紧聚焦激光场中的电子动力学
• 4.1.3 电子自发辐射能量谱
• 4.2 真空电子在超短超强激光脉冲中直接加速
• 4.3 小结
• 5 数值计算方法与软件
• 5.1 龙格—库塔方法的基本思想与操作步骤
• 5.2 Mathematica 简介
• 6 结语
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间公开发表论文（著）及科研情况