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相对论受激Raman散射和阿秒脉冲产生的粒子模拟研究

何荣  
【摘要】: 随着超短超强激光技术的发展,相对论强度的激光(I>10~(18)W/cm~2)与等离子体作用下许多非线性机制得到广泛研究。本文通过数值模拟的方法研究了两个相对论强度激光作用下的问题:相对论激光驱动的受激Raman散射和单电子非线性Thomson散射产生阿秒脉冲。 文章前两章介绍了等离子体和激光等离子体相互作用的概念和发展前沿,以及粒子模拟的基本内容。 第三章使用2D3V粒子模拟方法,研究了相对论激光在中等密度以及稀薄等离子体传播时,激发的受激Raman散射过程以及过程中的电子加速机制。研究表明,相对论性激光可以在中等密度等离子体(密度n满足n_c>n>0.25 n_c)中激发受激Raman散射,此时前向受激Raman散射和后向受激Raman散射融合在一起,电子主要由受激Raman散射激发的静电波加速。在密度低于0.1 n_c的稀薄等离子体中,相对论激光主要激发侧向受激Raman散射,电子在泵浦电磁波和散射电磁波中以一种称为“随机加热”的过程获得能量。 第四章中理论模型和数值模拟方法研究了相对论激光与单电子非线性Thomson散射,研究表明辐射集中在电子纵向运动方向的一个小角度内,并得到了最窄脉冲宽度为一个阿秒的脉冲列。


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