【摘 要】
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自从1960年光学激光发明以来,科学家们一直致力于实现波长更短的XUV和X射线激光。目前,最流行的X射线装置之一是基于加速器和波荡器的X射线自由电子激光（XFEL）。与XFEL原理不同,原子X射线激光以激发态离子或激发态原子为增益介质,利用合作自发辐射效应（放大自发辐射和超辐射等）实现无腔单程X射线放大。本文主要综述了原子X射线激光的基本进展,以及详细研究了相干XFEL泵浦下Ne原子X射线激光的合
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自从1960年光学激光发明以来,科学家们一直致力于实现波长更短的XUV和X射线激光。目前,最流行的X射线装置之一是基于加速器和波荡器的X射线自由电子激光（XFEL）。与XFEL原理不同,原子X射线激光以激发态离子或激发态原子为增益介质,利用合作自发辐射效应（放大自发辐射和超辐射等）实现无腔单程X射线放大。本文主要综述了原子X射线激光的基本进展,以及详细研究了相干XFEL泵浦下Ne原子X射线激光的合作自发辐射效应,发现了 Ne原子密度和增益介质长度、XFEL脉冲强度和持续时间等,都能极大的影响Ne原子辐射衰变的集体效应,通过有效控制这些参数的变化,辐射谱可以从自发辐射连续过渡到放大自发辐射和超辐射。超辐射因为具有相干性和定向性,一般认为其性质优于放大自发辐射。本论文的相关研究结果,首次对X射线波段超辐射的实验实现给出了详细的理论指导。论文将从以下五章节进行论述。论文第一章介绍了早期和现代原子X射线激光的相关工作,对这一领域的研究进展和最新动态做了比较详细的论述。第二章介绍了研究原子X射线激光的三能级模型,Maxwell-Bloch方程及其离散化数值计算方法,并对合作自发辐射效应做了细致讨论,从理论上给出了放大自发辐射,超辐射的主要特征。第三章测试研究了 He原子的合作自发辐射效应,并给出了与文献一致的结果,证实了我们数值计算方法和程序的正确性。第四章详细研究Ne原子X射线激光的合作自发辐射效应,所采用的Maxwell-Bloch方程中,考虑到了基态的光电离耗散以及芯激发态的俄歇衰变通道,系统研究了 XFEL脉冲强度、XFEL脉冲持续时间、原子密度以及增益介质长度等四种因素对Ne原子合作自发辐射效应的影响,并对Ne原子X射线激光的产生机制做了全面的分析。第五章首先对本论文工作进行了系统总结,并对原子X射线激光在更短波长方面的扩展,也即原子核γ射线激光的相关情况进行了简单展望。
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