相对论高次谐波的蒙特卡罗模拟

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1、第12卷　第1期强激光与粒子束Vol.12,No.12000年2月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSFeb.,2000文章编号:1001—4322(2000)01—087—04X相对论高次谐波的蒙特卡罗模拟陈　激,　李凯红,　温吉华(中国科学技术大学近代物理系,合肥230026)　　摘　要:根据相对论条件下的经典电磁辐射理论,采用蒙特卡罗计算方法对类氢离子在强激光场下辐射的高次谐波进行了模拟计算,获得了相对论领域内激光参数(频率、脉冲波形、强度等)对高次谐波影响的各种计算结果,并对结果进行了理

2、论分析。　　关键词:相对论;　高次谐波;　蒙特卡罗方法　　中图分类号:O24211文献标识码:A　　强激光场与物质相互作用产生高次谐波是强场物理的一个重要研究内容,它与新的短波相干光源[1～3]的探索以及激光核聚变等强激光场应用领域的研究有关。在激光聚变等离子体中存在大量的电子、离子和中性原子(包括氢原子),了解它们在激光场作用下的辐射性质是有益的。另外,随着激光技术的发展,可以获得的激光功率越来越高,当激光强度足够高时,如果电子在激光场感应的平均速度接近光速时,此时非相对论的理论计算方法不再适用,需要用相对论的计算方

3、法。因此在相对论范围内研究相[4～6]对论性高次谐波的产生机理和特性是当前高次谐波研究的一个重要方面。我们根据相对论条件下的经典电磁辐射理论,采用蒙特卡罗计算方法对氢原子和单电子离子在强激光场下辐射的高次谐波进行了模拟计算,其目的在于探讨相对论高次谐波的特性及其与激光条件(频率、脉冲波形,强度等)的关系。1　计算方法　　我们用经典的蒙特卡罗方法来模拟强激光场作用下氢原子和单电子离子产生的相对论高次谐波,蒙特卡罗方法假设原子中电子绕核运动的微正则分布可用一个能量分布函数Q(E)来表示Q(E)∝D(E-u)(1)式中u是原

4、子的内能。电子绕核运动的椭圆轨道可用开普勒方程描述N-esinN=A(2)[7]N、e、A分别表示椭圆轨道的偏近点角、偏心率和平近点角,文献中给出了这些量与真近点角、电子绕核运动的角动量l、电子距原子核位移的绝对值Q、电子的动量p的关系。电子初速度和初位移各量的初始条件用欧勒角<、W、H表示为rx(0)=Q[cos

5、[prx(0)-l(cos

6、ved.88强激光与粒子束第12卷22设A、e、cosH、<、W在各向同性的空间中均匀分布,则有0≤A≤P、0≤e≤1、-1≤cosH≤1、0≤<≤2P、0≤W≤2P。初条件按各量的取值范围由计算机随机选取,每选取一组值则确定了氢原子的一个初状态。　　当电子在激光场和原子核的库仑场中运动时,运动方程为adrereamdta2=eh(t)E0cos(Xt-kõr+U)-r3+cr×h(t)H0cos(Xt-kõr+U)(4)1-(röc)a式中r为电子的速度;k为激光场的传播方向;E0和H0分别表示激光场的电场和磁场的幅

7、值矢量,取ûv{E0û=ûH0û;h(t)为激光的脉冲波形函数2sin[Xtö(4c1)],0

8、frequencyX=0.05a.u.in(a),X=10a.u.in(b),otherparametersaresame,弱,如图1(b)。可thatisc1=3、c2=17、E0=200a.u..Thescaleofhorizonalaxisislaserfrequencymultiple.见激光频率对氢原Thelongitu