激光与等离子体相互作用过程中的电子加速及电磁辐射
发布时间：2021-06-30 11:30
在相对论激光与等离子体相互作用（LPI）过程中存在着电子加速这一基本物理过程,它是产生电磁辐射等物理现象的基础,带电粒子在LPI过程中受电磁场的作用会通过不同的机制向外辐射阿秒电磁脉冲（AP）。但目前为止,对电子加速和电磁辐射的研究是孤立的,与波破过程相关的AP辐射的详细过程和产生机制仍然是空缺的。于是,我们将电磁辐射、等离子体波破、电子加速这三者结合起来,利用粒子模拟（PIC）对LPI过程中与波破相关的电子加速及电磁辐射过程进行细致的研究。本文首先对此课题已有的研究成果进行概括总结,包括电子加速的六种机制和电磁辐射的三种机制,介绍了等离子体的理论基础,包括定义、独立参量、分类、研究方法,还有等离子体波破、电子自注入、辐射的基本方程和两种较为常见的辐射机制的理论分析。随后对研究分析所利用的PIC进行了细致的介绍,包括此方法的基本过程和求解粒子运动方程、电磁场、电荷密度以及电流密度。接下来,我们给出了本文模拟参数的设置情况以及模拟结果,对所需要的部分进行详细分析。分析了横向电场和纵向电场的特点,AP辐射的特征、时间及机制,电子发生辐射的过程,能量转换效率等,并讨论入射激光载波包络相位（C...
【文章来源】：鲁东大学山东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图3.1粒子模拟方法基本过程示意图
图 3.2 一维电磁场、电流以及电荷密度的空间分布 求解电荷密度和电流密度将粒子理想化看作是点粒子，再运用线性插值法将电荷密度和电流密度分配子所在的格点上，所得的每个网格中的总电流是该网格中所有带电粒子运动生的总电流，网格中的每一个带电粒子对此均有贡献。这种求解电流密度的存在一定的误差并且会导致误差不断的累加，使得计算的结果不准确，得到场值也不准确，从而影响我们对模拟结果对应的物理过程的分析，所以必须电场值进行修正。假设带电粒子在位置区间 1 2 ni i /x x x 内，在时间 nt n t 时的位置为nx ，则时刻，网格i和 i 1中的电荷密度分别为12 nnii e cx xZn nx，112 nnii e cx xZn nx（3.23每个粒子只能在小于 x c t的范围内移动，带电粒子最终的位置为n 1x ，接
脉冲包络呈 Gauss 型的线偏振激光从等离子靶的左侧正入射到等离子体靶上，其归一化的电场强度即电场峰值振幅0 20L e La eE m c ，对应的激光功率密度为20 2I 8. 56 10 W cm，激光波长 0 8μmL. ，LE 和 L分别为入射激光脉冲的振幅和频率，e和em 分别为电子电荷和电子质量，c是真空中的光速。入射激光波长 、 强 度 和 振 幅 满 足 关 系 式2 2 18 2 201 37 10 Wμm cmLI a . ， 半 峰 全 宽 1 18fsFWHML . 。在 x 方向上取用的总网格数为 12300，一个激光波长 L占 2000个网格，模拟窗的总长度为6 15 L. ，等离子体占据了5 5 15 L L~ . 的区域，其两侧的区域均为真空。靶内的粒子是均匀分布的，每个网格中有 100 个粒子。初始电子密度 100e cn n ，2 2 4 c e Ln m e 是临界密度。此密度对应的等离子体最大振荡频率可以通过计算得到， 1 22 4 10 p e e Le n m 。电子温度的初始值设置为100eV ，并且在整个过程中，我们假定离子是不动的。4.2 参与波破的电子的加速及辐射4.2.1 电场特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子体的定义问题[J]. 李银安,张友鹤,王新新,蒋洪英. 物理. 1992(12)
本文编号：3257665
【文章来源】：鲁东大学山东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图3.1粒子模拟方法基本过程示意图
图 3.2 一维电磁场、电流以及电荷密度的空间分布 求解电荷密度和电流密度将粒子理想化看作是点粒子，再运用线性插值法将电荷密度和电流密度分配子所在的格点上，所得的每个网格中的总电流是该网格中所有带电粒子运动生的总电流，网格中的每一个带电粒子对此均有贡献。这种求解电流密度的存在一定的误差并且会导致误差不断的累加，使得计算的结果不准确，得到场值也不准确，从而影响我们对模拟结果对应的物理过程的分析，所以必须电场值进行修正。假设带电粒子在位置区间 1 2 ni i /x x x 内，在时间 nt n t 时的位置为nx ，则时刻，网格i和 i 1中的电荷密度分别为12 nnii e cx xZn nx，112 nnii e cx xZn nx（3.23每个粒子只能在小于 x c t的范围内移动，带电粒子最终的位置为n 1x ，接
脉冲包络呈 Gauss 型的线偏振激光从等离子靶的左侧正入射到等离子体靶上，其归一化的电场强度即电场峰值振幅0 20L e La eE m c ，对应的激光功率密度为20 2I 8. 56 10 W cm，激光波长 0 8μmL. ，LE 和 L分别为入射激光脉冲的振幅和频率，e和em 分别为电子电荷和电子质量，c是真空中的光速。入射激光波长 、 强 度 和 振 幅 满 足 关 系 式2 2 18 2 201 37 10 Wμm cmLI a . ， 半 峰 全 宽 1 18fsFWHML . 。在 x 方向上取用的总网格数为 12300，一个激光波长 L占 2000个网格，模拟窗的总长度为6 15 L. ，等离子体占据了5 5 15 L L~ . 的区域，其两侧的区域均为真空。靶内的粒子是均匀分布的，每个网格中有 100 个粒子。初始电子密度 100e cn n ，2 2 4 c e Ln m e 是临界密度。此密度对应的等离子体最大振荡频率可以通过计算得到， 1 22 4 10 p e e Le n m 。电子温度的初始值设置为100eV ，并且在整个过程中，我们假定离子是不动的。4.2 参与波破的电子的加速及辐射4.2.1 电场特征
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子体的定义问题[J]. 李银安,张友鹤,王新新,蒋洪英. 物理. 1992(12)
本文编号：3257665
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