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1、第56卷第5期2007年5月物理学报Vol.56,No.5,May,2007100023290P2007P56(05)P2482206ACTAPHYSICASINICAn2007Chin.Phys.Soc.3超短激光脉冲驱动的Thomson散射空间分布特性•兰鹏飞陆培祥曹伟(激光技术国家重点实验室和武汉国家光电实验室,华中科技大学,武汉430074)(2006年6月19日收到;2006年7月20日收到修改稿)研究了超短激光脉冲驱动的Thomson散射的辐射空间分布.发现辐射的空间分布对称性显著地依赖于超短脉冲的载波相位η0,在η0=0,π时,辐射的空间分布呈现出二重或一重对称性;而
2、在其他载波相位时,这些空间分布对称性遭到破坏.辐射光的准直性也依赖于驱动脉冲的载波相位,在η0=±πP2时辐射光的准直性最好.这些结果表明可以通过改变驱动激光脉冲的载波相位来控制辐射光的空间分布,也可以利用辐射空间分布对相位的依赖特性来测量超短激光脉冲的载波相位.关键词:Thomson散射,空间分布,载波相位PACC:0330,3480,3130J,6180C频率对驱动激光相位的依赖特性,而且所采用的都11引言是平面波形式的电磁场,这无法准确地描述周期量2级的超短激光脉冲.本文采用cos形状的超短激光[1]随着啁啾脉冲放大等激光技术的不断发展,脉冲重点研究Thomson散射空间分布
3、对超短激光脉激光脉冲的强度越来越高,脉冲宽度越来越短.利冲载波相位的依赖特性.众所周知,Thomson散射的用超强超短激光脉冲研究Thomson散射是近年来的极角分布(即关于θ角的分布)在非相对论条件下[2—12]热门课题.这主要是因为Thomson散射被认为呈现二重对称性,在相对论条件下辐射分布集中在[5,6][15]是一种新的X射线辐射源,而且,最新的研究结电子运动方向而呈现一重对称性;辐射的方位角[7,8][15]果表明Thomson散射还可以产生阿秒甚至亚阿分布(即关于<角的分布)呈现二重对称性,且这[9][10]秒的超短X射线脉冲.种对称性已经得到了实验证实.但我们的结果
4、表现在,超短激光脉冲的脉宽已经接近一个光周明,超短激光脉冲驱动的Thomson散射辐射的空间[13,14]期,此时电子在电磁场中的运动行为受载波相分布显著地依赖于驱动激光脉冲的载波相位η0,只位的影响变得越来越显著.比如,电子在被激光脉有在η0=0π,时空间分布才呈现出对称性,而在其冲电离时感受到的相位不同,运动行为会有显著不他相位时空间对称性遭到了破坏.而且,辐射光的[13,14]同,从而对一系列效应产生影响.这启发我们准直性也依赖于载波相位.这些结果表明可以通过研究Thomson散射过程对相位的依赖特性.这个问改变驱动激光脉冲的载波相位来控制辐射光的空间[11]题很早就引起了G
5、unn和Ostriker的兴趣.随后,分布,从而可以改善辐射光的准直性,获得准直性较[3]He等人也研究了电子入射到平面波激光场的初好的X射线光源,准直性好的X射线光源在许多领始相位对辐射光的影响,他们的结果表明电子的运域都有着重要的应用价值.另一方面,近年来随着动和辐射频率都显著地依赖于驱动激光场的相位.激光技术的发展,超短激光脉冲的载波相位已经可[12]He等人还研究了电子在平面电磁波与恒定磁场以得到控制.如何精确地测量超短脉冲的载波相位[16—19]的叠加场中的Thomson散射过程,他们的结果表明也成了研究的热点.利用电子电离过程对相[13,14]电子的运动和辐射频率同样受
6、到驱动激光相位的影位的依赖特性,已经有人提出了测量载波相位[3,11,12][18,19][17]响.上面的工作只考虑了电子运动以及辐射的方法,而且也得到了实验结果的证实.我3高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20040487023)和国家自然科学基金(批准号:10574050)资助的课题.•联系人.E2mail:lupeixiang@mail.hust.edu.cn5期兰鹏飞等:超短激光脉冲驱动的Thomson散射空间分布特性3842们的结果表明Thomson散射空间分布的相位依赖特性也可以用来测量超短激光脉冲的载波相位.31结果和讨论21基本方程Thomson散射的示意图
7、如图1所示:激光脉冲沿z方向传播,电场沿x方向,磁场沿y方向,辐射光^考虑一个沿^z传播的线偏振激光脉冲,假设电沿n方向出射,n由极角θ和方位角<决定.首先,[13,14]场沿x方向,矢势可以写为a=a0f(t)sin(η+η0)x,(1)其中η=t-z,η0就是激光脉冲的载波相位,a0是2被mcPe归一化后的激光振幅,通常a0≥1被认为-1-1是强激光,空间量和时间量已分别用k0和ω0归一化,其中k0和ω0分别是激光的波数和角频率,f(t)是激光脉冲的波形函数,文章
