聚焦强激光场中电子动力学特性的研究

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该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&Acceleration Scenario)和非弹性散射过程IS(InelasticScattering).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W<,0>较小时(kw<,0>≤30,W<,0>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(Penetrate intoAxial Region and Move)"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PARM出现的一个重要因素是光束腰宽W<,0>,即要求腰宽要足够小(kw<,0>≤30).同时还需满足其它条件:电子入射角θ(θ=tan<-1>(p<,ti>/p<,zi>))要足够小(0.08≤tanθ≤0.12),入射初始动量要足够大(p<,ti>≥1.4),和较强的光场强度α<,0>(α<,0>≡eE<,0>/m<,e>ωc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.
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