聚焦强激光场中电子动力学特性的研究

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1、摘要摘要本文主要研究了聚焦强激光场中相对论电子的动力学特性。基于自由电子在线偏振高斯光场中运动的3D数值模拟，我们考察了聚焦强激光场中电子俘获加速机制CAS(Capture&AccelerationScenario)和非弹性散射过程IS(InelasticScatering)。在对典型的CAS动力学过程进行分析后，发现CAS的基本物理机制与以前的研究结果相吻合。在此基础上，我们发现:当光束腰宽WO较小时(kwo530,w。是光束的腰宽，k是波数)，除了CAS和IS这两种典型的电子轨道之外，又出现了一种新的动力学轨道，我们称为“PARM(Penetrateint

2、oAxialRegionandMove)”轨道。我们对它的动力学特性进行了探讨，结果表明:PARM过程与以前我们发现的CAS和IS过程有着本质的区别。典型的PARM动力学轨道具有其显著的特点，即:部分入射的相对论电子，能够在达到腰斑前被偏向于光束的中心，并沿近光轴的方向出射。我们得出，PARM形成的机理是:在聚焦强激光场中，由于光场的衍射效应，小角度掠入射的相对论电子将感受到边缘衍射场的较强作用。处于适当相位的电子，感受到持续的横向电场力，能够克服光场势垒的作用，从而穿入光束中心。此外，我们对PARM出现的初始条件进行了研究，得出了PARM出现的参数范围。决定

3、PARM出现的一个重要因素是光束腰宽WO，即要求腰宽要足够小(kwo530)。同时还需满足其它条件:电子入射角9(0=tan-'(p,,加)要足够小(0.08:5tan0:5;0.12)，入射初始动量要足够大(p,;>_1.4)，和较强的光场强度ao(a,三eEa/me二是一个表征激光强度的无量纲参数)。随着腰宽的减小，PARM现象趋强。我们还发现，PARM的出现将妨碍CAS加速，也就是降低CAS的加速效率，我们应在CAS加速中尽量防止PARM的出现。对PARM的研究，有利于我们更好地应用CAS加速机制。Abstract粉二半====二手==里，=布=Abst

4、ractInthisthesiswepresentadetailedstudyofthedynamicscharacteristicsandphysicalprocessesofanewlydiscoveredelectronaccelerationmechanismusinganintensevacuumlaserbeam,namedCAS(Capture&AccelerationScenario).Asweextendourstudytothedynamiccharacteristicsofrelativisticelectronsinjectedtoti

5、ghtlyfocusedlaserfield,wefindanewkindofelectrontrajectory.WeshallcallitFARM(PenetrateintoAxialRegionandMove)trajectory.WeexplorethemechanismbehindthePARMphenomena.Weanalysisthephysicsprocessaboutthethreetypicalmechanisms:CAS,PARMandIS(InelasticScattering).Furthermoreweexplorethepara

6、meterrangeforPARMtoappear.ThesestudiesarehelpfulindesigningexperimentstotesttheCASscheme.Basedona3DsimulationmodeloffreeelectronsinteractingwithHermite-Gaussian(0,0)modelaser,westudytheinelasticandaccelerationeffectsofelectronsintheintenselaserfield.inourpreviouswork,wehavefoundthat

7、therearetwokindsofdynamicstrajectories:ISandCAS.Theenergyexchangesbetweenlaserfieldsandelectronsbythetwodynamicprocesswereanalysed.ThemainphysicsbehindCASisthat:duetothedifractioneffectofafocusedlaserbeampropagatinginvacuum,thereexistsasubluminousphasevelocityregion(v,t

8、tspeedinvacuum)surr