在相對論激光與等離子體相互作用（LPI）過程中存在著電子加速這一基本物理過程,它是產(chǎn)生電磁輻射等物理現(xiàn)象的基礎(chǔ),帶電粒子在LPI過程中受電磁場的作用會通過不同的機制向外輻射阿秒電磁脈沖（AP）。但目前為止,對電子加速和電磁輻射的研究是孤立的,與波破過程相關(guān)的AP輻射的詳細(xì)過程和產(chǎn)生機制仍然是空缺的。于是,我們將電磁輻射、等離子體波破、電子加速這三者結(jié)合起來,利用粒子模擬（PIC）對LPI過程中與波破相關(guān)的電子加速及電磁輻射過程進(jìn)行細(xì)致的研究。本文首先對此課題已有的研究成果進(jìn)行概括總結(jié),包括電子加速的六種機制和電磁輻射的三種機制,介紹了等離子體的理論基礎(chǔ),包括定義、獨立參量、分類、研究方法,還有等離子體波破、電子自注入、輻射的基本方程和兩種較為常見的輻射機制的理論分析。隨后對研究分析所利用的PIC進(jìn)行了細(xì)致的介紹,包括此方法的基本過程和求解粒子運動方程、電磁場、電荷密度以及電流密度。接下來,我們給出了本文模擬參數(shù)的設(shè)置情況以及模擬結(jié)果,對所需要的部分進(jìn)行詳細(xì)分析。分析了橫向電場和縱向電場的特點,AP輻射的特征、時間及機制,電子發(fā)生輻射的過程,能量轉(zhuǎn)換效率等,并討論入射激光載波包絡(luò)相位（C... 

【文章來源】：魯東大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖3.1粒子模擬方法基本過程示意圖

圖 3.2 一維電磁場、電流以及電荷密度的空間分布 求解電荷密度和電流密度將粒子理想化看作是點粒子，再運用線性插值法將電荷密度和電流密度分配子所在的格點上，所得的每個網(wǎng)格中的總電流是該網(wǎng)格中所有帶電粒子運動生的總電流，網(wǎng)格中的每一個帶電粒子對此均有貢獻(xiàn)。這種求解電流密度的存在一定的誤差并且會導(dǎo)致誤差不斷的累加，使得計算的結(jié)果不準(zhǔn)確，得到場值也不準(zhǔn)確，從而影響我們對模擬結(jié)果對應(yīng)的物理過程的分析，所以必須電場值進(jìn)行修正。假設(shè)帶電粒子在位置區(qū)間 1 2 ni i /x x x 內(nèi)，在時間 nt n t 時的位置為nx ，則時刻，網(wǎng)格i和 i 1中的電荷密度分別為12 nnii e cx xZn nx，112 nnii e cx xZn nx（3.23每個粒子只能在小于 x c t的范圍內(nèi)移動，帶電粒子最終的位置為n 1x ，接

脈沖包絡(luò)呈 Gauss 型的線偏振激光從等離子靶的左側(cè)正入射到等離子體靶上，其歸一化的電場強度即電場峰值振幅0 20L e La eE m c ，對應(yīng)的激光功率密度為20 2I 8. 56 10 W cm，激光波長 0 8μmL. ，LE 和 L分別為入射激光脈沖的振幅和頻率，e和em 分別為電子電荷和電子質(zhì)量，c是真空中的光速。入射激光波長 、 強 度 和 振 幅 滿 足 關(guān) 系 式2 2 18 2 201 37 10 Wμm cmLI a . ， 半 峰 全 寬 1 18fsFWHML . 。在 x 方向上取用的總網(wǎng)格數(shù)為 12300，一個激光波長 L占 2000個網(wǎng)格，模擬窗的總長度為6 15 L. ，等離子體占據(jù)了5 5 15 L L~ . 的區(qū)域，其兩側(cè)的區(qū)域均為真空。靶內(nèi)的粒子是均勻分布的，每個網(wǎng)格中有 100 個粒子。初始電子密度 100e cn n ，2 2 4 c e Ln m e 是臨界密度。此密度對應(yīng)的等離子體最大振蕩頻率可以通過計算得到， 1 22 4 10 p e e Le n m 。電子溫度的初始值設(shè)置為100eV ，并且在整個過程中，我們假定離子是不動的。4.2 參與波破的電子的加速及輻射4.2.1 電場特征

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]等離子體的定義問題[J]. 李銀安,張友鶴,王新新,蔣洪英.  物理. 1992(12)



本文編號：3257665