啁啾激光等离子体相互作用加速电子模拟研究

发布时间：2017-09-11 18:33

  本文关键词：啁啾激光等离子体相互作用加速电子模拟研究

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【摘要】：最近20年来,随着超短超强激光技术的发展,激光功率、强度、品质等都得到了极大的提高,这使得激光等离子体物理的研究进入了相对论甚至强相对论激光物理领域。在强场激光物理研究领域中,采用激光驱动电子和离子加速是一个极其重要的研究方向。近几年,各种加速机制的不断发展已经向人们证实了获得高品质的高能电子束的可能性。激光加速电子通常采用低密度等离子体,不受限于射频腔材料的电离击穿,加速梯度大,可以实现小型台式化的高能加速器。随着强激光驱动高能粒子产生与加速的研究进展,新的加速器技术的发展将带来科学研究的革命性变化,在国民经济的发展中也将会起到举足轻重的作用。本文采用一维的粒子模拟(Particle-In-Cell,PIC)程序MLPIC++对啁啾脉冲激光与等离子体相互作用加速电子的过程进行了数值模拟。研究了线性啁啾脉冲参数对加速结果的影响,结果显示在合适的啁啾脉冲参数条件下能够有效地加速等离子体中的电子,获得高品质的电子束流。另外,本文还对两束对向的啁啾脉冲激光与等离子体相互作用过程进行了研究,通过改变其中一束激光的波形、偏振、强度,进而研究激光参数对激光等离子体电子加速的影响。通过模拟发现,当激光脉冲参数选择合适时(尤其是两束激光脉冲之间的相对强度)能够有效地提高加速得到的电子束流的品质。通过本文的模拟研究,获得了单能性好、能量高、强度好的理想电子束流,找到了一组优化的实验方案,从而为激光等离子体电子加速实验研究提供了一定的参考。
【关键词】：啁啾脉冲激光 等离子体 电子加速 超强激光
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN249;O53
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 创新点摘要6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 选题背景及研究意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 理论和模拟方面11-13
• 1.2.2 实验方面13-14
• 1.3 研究内容及结构安排14
• 1.3.1 本论文主要研究内容14
• 1.3.2 论文结构安排14
• 1.4 本章小结14-15
• 第二章 激光与等离子体相互作用基础15-30
• 2.1 激光简介15-18
• 2.1.1 激光技术15-16
• 2.1.2 啁啾脉冲放大技术16-18
• 2.2 激光等离子体物理18-20
• 2.2.1 等离子体概念18-19
• 2.2.2 激光等离子体物理研究范围19-20
• 2.3 激光驱动等离子体电子加速20-29
• 2.3.1 激光和等离子体的相互作用基础20-23
• 2.3.2 主要的激光驱动等离子加速电子的各种加速机制23-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 激光等离子体加速电子的数值模拟方法30-38
• 3.1 数值模拟方法30-32
• 3.1.1 流体力学模拟31-32
• 3.1.2 Fokker-Planck模拟32
• 3.2 粒子模拟(Particle-In-Cell)32-35
• 3.3 物理分析软件ROOT35-36
• 3.4 PIC模拟的设置及模拟流程36
• 3.5 本章小结36-38
• 第四章 电子加速过程模拟38-50
• 4.1 啁啾参数对电子加速的影响38-43
• 4.1.1 模拟参数的设置38-39
• 4.1.2 模拟结果39-43
• 4.2 两束对向激光与等离子体相互作用模拟43-49
• 4.2.1 激光脉冲上升沿形状对电子加速的影响43-45
• 4.2.2 激光偏振情况对电子加速的影响45-46
• 4.2.3 激光强度对电子加速的影响46-49
• 4.3 本章小结49-50
• 结论50-51
• 参考文献51-57
• 发表文章目录57-58
• 致谢58-59

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本文编号：832387