论文摘要
激光与等离子体的相互作用会产生许多物理现象,如激光自引导、谐波激发、尾波场产生和电子加速等。特别是利用超强激光脉冲和等离子体相互作用来加速电子,这比传统的加速器有更明显的优势。根据激光与等离子体相互作用机理的不同,加速机理可分为等离子体波电子加速和激光直接加速。等离子体波加速可分为激光尾场加速（LWFA）、等离子体拍波加速（PBWA）、自调制激光尾场加速（Self-Modulation LWFA）和空泡加速（BRA）。其中,激光直接加速可大大降低激光强度的依赖性。虽然电子在加速过程中可以获得更高的能量,但它们仍然受到劳森判据的限制,电子的最终净能量增益相对较小。随着激光技术的发展,提出了啁啾脉冲放大技术,并在实验平台上获得了峰值功率为TW-PW的超强激光,有效地避免了激光强度快速增加引起的放大饱和效应和器件损耗。这引起了人们对低密度等离子体中激光加速电子的应用的广泛关注,然而,目前对啁啾激光脉冲与等离子体通道的耦合特性及其对电子加速的影响尚不清楚。本文从这方面入手研究了均匀和非均匀柱型等离子体通道中啁啾激光驱动电子加速,具体内容研究如下:第一章介绍了激光的概念、特性以及激光与等离子体相互作用过程中加速电子的常用方法。对第二、三章中重点讲的啁啾激光做了一定程度的了解。着重介绍啁啾脉冲放大技术的原理、成就以及近些年来的研究进展。第二章介绍了研究激光与等离子体相互作用的基本方法。着重介绍了激光与低密度等离子体相互作用过程中激光在等离子体中传播的波动方程,等离子体在激光的作用下产生的响应,等离子体中的光能吸收,电子空腔的产生机理以及在平面激光场中自由电子的运动特性。第三章在第二章的基础上讨论了均匀和非均匀圆柱形等离子体通道中线极化啁啾激光脉冲直接加速过程中单电子的动力学,分析了均匀和非均匀等离子体通道中四种啁啾激光加速电子的过程。给出了电子振荡的失稳阈值和电子能量随不同类型啁啾激光和等离子体参数的变化。此外,还研究了不同啁啾激光脉冲和等离子体通道对电子退相速率和轨迹的影响。啁啾激光和等离子体通道对电子动力学有较强的耦合作用。啁啾激光直接加速电子产生的不稳定性比无啁啾电子产生的不稳定性更快、更强,啁啾激光缩短了加速距离,降低了不稳定性阈值。等离子体的密度可以显著降低啁啾振幅的阈值。也就是说,电子可以从啁啾激光脉冲中获得更高的能量增益,具有较低的失稳阈值和较大的失稳振荡区域。给出了一种通过改变啁啾脉冲频率和等离子体通道密度来进一步降低电子加速度对激光强度依赖性的方法。最后,讨论了超高斯脉冲因子对电子加速的影响,通过调节超高斯脉冲因子的大小,可以进一步缩短电子的加速距离。第四章主要给出了本文的总结以及对本研究领域的展望。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 胡永南
导师: 薛具奎
关键词: 啁啾激光脉冲,等离子体通道,激光等离子体相互作用,电子加速
来源: 西北师范大学
年度: 2019
分类: 基础科学,信息科技
专业: 物理学,物理学,无线电电子学
单位: 西北师范大学
基金: 国家自然科学基金(批准号:11865014,11765017,11847304,11764039,11475027,11305132,11274255),甘肃省自然科学基金(批准号:17JR5RA076),甘肃省高等学校科研项目(批准号:2016A-005)
分类号: O53;TN24
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标签：啁啾激光脉冲论文; 等离子体通道论文; 激光等离子体相互作用论文; 电子加速论文;