真空激光加速中性粒子研究

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当我们用强度比较大的激光辐照在原子上时,激光对原子中的电子产生的电场力可能达到甚至超过原子核对电子的库伦引力,从而使原子出现离化的现象。如果激光场强度选择合适,原子中的电子可能会由于没有获得足够的能量,从而出现不成功隧穿,产生里德堡态原子。里德堡态原子整体对外不显电性,但是由于其内部电子处于较高的激发态,电子离核的距离较远,当它处于电磁场中时会剧烈震荡,如果电磁场有一定梯度分布,这种震荡对电子的时间平均的作用力就是所谓的有质动力力,使整个原子在电子的库仑力牵引下获得加速。我们首先采用直接电磁力作用和有质动力作用两种途径,对带电粒子在激光场中的运动情况进行了模拟,通过对数值模拟计算结果的比较,讨论了有质动力模型计算的有效性。接着,我们对原子在激光场中受有质动力作用的运动情况进行分析,给出了受激中性原子在激光场中受有质动力运动时的简单处理方法。我们详细整理并推导了受激中性原子可以获得的最大速度表达式,根据速度表达式得出了激光束腰处一定范围内的中性原子可以获得的最终速度分布图,我们可以很直观地看到原子可以获得最好加速效果的位置。然后,我们模拟了不同激光脉冲长度条件下,不同位置处中性原子的加速过程,结果表明,处于径向束腰一半的位置原子受有质动力力最大,可以获得最好的加速效果,随着脉冲长度增加,受激中性原子在光场中获得的径向最大速度不断增大。我们接着采用不同腰宽的高斯光束模拟了中性原子加速过程,发现最大出射速度沿激光传输方向z轴的分布峰值随着激光腰宽的减小而变窄。随后,我们利用别人理论分析得到的最大速度公式计算了对不同腰宽的激光受激中性原子在径向的最大出射速度,计算结果和我们模拟的结果几乎一样。通过对上述一系列模拟结果的分析,我们发现延长激光脉冲长度和减小激光腰宽都可以增大受激中性原子在径向的最大出射速度。本论文的工作能帮助我们更好的理解激光加速中性原子的内在机制,也能为实验上选取更好的加速条件提供一定的帮助。
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