导读:本文包含了尾波场论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:
尾波场论文文献综述
,张梦然[1]（2018）在《质子驱动等离子体尾波场加速测试成功》一文中研究指出科技日报北京8月29日电 （张梦然）英国《自然》杂志29日在线发表了一项粒子物理学重磅研究：英国科学家团队详细报告了质子驱动等离子体尾波场加速的首次演示。该实验结果预示着，人类向建造未来的高能粒子加速器更进一步。高能粒子是现代粒子散射实验中的(本文来源于《科技日报》期刊2018-08-30）
罗辑[2]（2018）在《基于激光等离子体尾波场的电子加速与辐射研究》一文中研究指出粒子加速器的出现是人类科学发展史上的里程碑,粒子加速器的发展也一直代表着人类探索物理本质的最前沿。然而目前传统加速器和基于传统加速器的同步辐射装置的发展却越来越难以跟上人类科学研究的快速步伐。近年来,激光技术的发展,尤其是超短超强激光技术的进步,推动了现代物理学中高能量密度物理领域的不断发展。人们在超短超强激光与等离子体相互作用中发现了新型的粒子加速原理:激光尾波场加速。相比于传统加速器,激光尾波场中的电子加速梯度可以高出3个数量级,能够将当前动辄长达数公里的大型传统加速器缩小到台面尺度,有望成为下一代TeV量级加速器的备选方案;也具备将需要利用高能电子的传统同步辐射装置小型化和实用化的潜力。然而基于激光尾波场加速产生的高能电子和辐射相比目前已经成熟的传统加速器和辐射源还有一定的缺点,有待科研人员的进一步深入研究。本文中,我们将就基于激光尾波场的电子加速和辐射产生过程,如电子能量提高、电子注入方式、辐射产生方案等问题给出自己的看法,希望将激光尾波场加速推向实用。本学位论文除绪论外主要包含以下两方面工作:第一部分主要研究激光等离子体尾波场中的电子加速过程。首先,我们将提出一种新的激光尾波场加速级联耦合方案。通过使用曲率渐变的弯曲等离子体通道作为加速器的过渡级,我们实现了激光脉冲传播方向的改变,并且保证了新激光在下一级直等离子体通道中传输时横向振荡和激光包络扭曲变形的最小化,借助电子束在等离子体中传输时自身激发尾波场对电子束的聚焦效应,该方案可以获得高效率高稳定性的级联耦合。在保证电子束品质的前提下,使已被前级激光尾波场加速的电子束再次获得加速,为未来制造TeV能量级别的激光尾波场加速器和对撞机奠定基础。接着,我们将研究空泡机制下激光尾波场中的边界层电子。我们观察到空泡边界层中的部分电子会获得较高的横向动量,并从空泡两侧横向出射离开尾波场。根据电子从空泡边界鞘层中分离位置的不同,我们区分出了叁种边界波:在鞘层尾部越过中心轴出射的尾部波,在鞘层中部平行于激光传播方向向后出射的侧面波和在鞘层头部出射的弓形波。通过研究这些边界波中电子的动力学,我们发现使用光强较低、焦斑较大的激光和相对高的等离子体密度可以抑制高能边界层电子波的形成,从而提高激光尾波场加速中能量从激光脉冲向被加速电子束转化的效率。在此基础上,我们还将就如何应用具有一定能量的边界层电子提出自己的看法。最后,我们将研究驱动光与高相对论强度注入光作用下的电子注入和加速。我们观察到当两束光具有一定延时,无法发生直接碰撞时,依然能获得准单能的高能电子束。进一步分析后,我们发现此条件下存在尾波碰撞引起的电子注入,并且延时的微调会导致背景电子注入电量受所处尾波场相位的影响发生变化。同时该尾波场碰撞机制也具备了作为新型的诊断方法对尾波场的结构进行探测的潜力。第二部分重点研究激光尾波场中可调谐的电子辐射。首先,我们提出了激光在等离子体通道中偏轴或倾斜入射时,会由于被加速电子的横向振荡产生类同步辐射X射线。这种振荡的频率和幅度均不随电子能量的增加而变化,与通常的betatron振荡不同而更接近电子在同步辐射光源中的运动方式。此方案中只要改变激光入射参数和等离子体通道的参数就能改变电子振荡的周期和幅度,从而调节产生X射线的辐射区域、辐射频谱等性质。通过高维粒子模拟将上述方案推广到更一般的叁维情形后,我们发现当激光入射波矢方向与等离子体通道中心轴异面时电子的振荡轨迹将变成螺旋形并在远场产生中空的椭圆或圆形辐射分布。由于螺旋运动中电子的横向速度方向在不断发生变化,因此会辐射出在不同方向偏振的光子。模拟中我们能够在辐射接收面上的不同位置得到不同偏振的辐射,也能通过改变激光的入射参数调整辐射的偏振方向。最后,我们研究了激光尾波场加速器产生的高能电子束与高相对论强度散射光发生的汤姆逊散射。通过数值模拟对高阶非线性汤姆逊散射实验进行了理论分析,确认了高阶多光子汤姆逊散射的阶数,并揭示了远场辐射菱形的分布特征来源于电子束与激光束的空间匹配效应。(本文来源于《上海交通大学》期刊2018-08-22）
王进光[3]（2018）在《激光尾波场电子加速器及X射线源研究》一文中研究指出近年来,激光尾波场加速(LWFA)作为新型加速技术,因其具有加速梯度高、体积小、造价低等优点有望实现台面化的电子加速器和X射线源而受到关注。本论文主要介绍了作者在攻读博士学位期间设计搭建的一个专门用于LWFA及次级辐射源研究的平台,并利用该平台详细地研究了加速高品质电子束的方案和探索有效产生超快X射线的途径。论文主要分为以下几个部分。第一部分为绪论,主要介绍了LWFA的基本原理及相关研究的进展,然后介绍了基于LWFA的超快X射线的产生方式:背向汤姆逊散射和Betatron辐射,并从经典同步辐射模型推导了两种辐射的特性。第二部分是全功能加速与辐射平台的研制。首先根据目前世界上主流的电子加速方案阐述了LWFA参数的设计规则。然后介绍了我们研制的加速与辐射平台的各个组成部分及特性。第叁部分介绍了电子束品质提升的方法。首先比较了相同功率不同初始焦斑激光驱动的自注入LWFA中电子束品质的特性。我们发现相同功率不同初始焦斑激光在相同密度的等离子体中传播时虽然最终都会达到匹配焦斑大小但加速表象并不相同。大的初始焦斑有利于激光在等离子体中的长距离传输,产生的电子束能散小而且更加稳定。然后介绍了激光与纯氮气靶相互作用,研究了全局变量对电子品质的影响,通过条件优化最终产生了指向、电量、能谱稳定的高品质电子束。接下来介绍我们提出的一种仅通过合理的设计激光和等离子体参数就可以通过离化注入LWFA产生单能电子束的方案。最后介绍了啁啾脉冲在等离子体中传播时对演化的影响,我们发现通过引入合适正啁啾有利于激光在等离子体中演化的稳定,不但提高了电子加速的稳定性,而且对提高Betatron辐射临界能量效果明显。第四部分介绍了基于LWFA的全光逆康普顿X射线源,首次使用了高激光透过率的纯氮气作为加速靶材,获得了目前最小激光功率驱动的高稳定性逆康普顿X射线输出,为实现Table-Top X射线源提供了可行性方案。实验中,通过合理的配比加速激光与对撞激光的权重实现X射线产额的提高。最终使用15TW的驱动激光,获得了4.5×10~7个光子,其中超过200keV的光子产额约为1.2×10~7个。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2018-06-01）
张国博[4]（2018）在《激光等离子体作用中尾波场电子加速与辐射产生的理论研究》一文中研究指出随着超短超强激光技术的发展,使得利用激光等离子体相互作用产生新型台面型粒子源和辐射源成为了研究热点。这些源与传统源相比具有尺度小、方向性好、造价成本低等特点,从而在惯性约束聚变、新型粒子加速器、医疗诊断和国防建设等方面有着广泛的应用前景。本文采用理论分析和计算机数值模拟相结合的方法研究了激光等离子体相互作用中的尾波场电子加速和辐射产生。论文的主要研究内容包含以下叁个部分:第一部分(第二至第四章)研究了激光与等离子体相互作用中的尾波场电子加速。首先,研究了利用增加固体薄膜靶的方法增强尾波场电子注入的方案。研究发现,当气体靶前放置固体薄膜靶时,超强激光首先与薄膜靶相互作用,此时激光焦斑内的薄膜靶电子能够获得较大的纵向动量,导致它们被透射激光激发的空泡俘获并加速。固体薄膜靶在加速过程中主要有两个作用:其一,一部分被激光有质动力加速的薄膜靶电子由于其较高的纵向动量被空泡结构俘获并加速,即为电子注入提供额外电子源。其二,由于相对论自诱导透明效应,薄膜靶能够对驱动激光波形进行调制,陡化透射激光上升沿,这样的激光能够激发更强的尾波场,提高自注入电荷量。与未增加薄膜靶情况相比,总的俘获电荷量提高了两倍。其次,研究了近红外和中红外激光对尾波场电子加速的影响。研究表明,对于一个固定功率的激光系统,长波长激光能够提供更强的有质动力,驱动强的等离子体波,使背景电子更加有效发生自注入。随着驱动激光波长的增长,电子自注入过程发生时间越早,等离子体自注入密度阈值越低。在驱动激光功率为100TW条件下,驱动激光波长从0.8μm增长到4.0μm,俘获电子数目增强近60倍。在实验参数条件下,利用激光波长为2.0μm的激光获得了两束低能散的准单能电子束。再次,研究了拉盖尔高斯激光驱动环形尾波场中离化注入电子束的加速和演化过程。研究表明,拉盖尔高斯激光具有环形的横向强度分布,能够产生一个环形的尾波场结构。激光的部分轨道角动量能够传递给离化注入电子,导致俘获电子束在尾场中旋转加速。然而,在剩余动量和尾波场聚焦力的共同作用下,环形电子束不同位置的电子具有不同的旋转方向。由于较小的初始离化动量,离化电子无法在环形尾场中进行多周期螺旋加速,只能沿着激光极化方向堆积,形成密度不均匀的环形电子束。定标模拟表明通过调整激光脉冲焦斑,能够控制电子束的横向半径和电荷量,且激光强度和等离子体密度对环形电子束半径影响较小。最后,研究了拉盖尔高斯激光驱动尾波场中多横向结构的产生和过渡过程。研究发现,在合适的参数条件下(较低的等离子体密度或者较小的激光焦斑尺寸),环形尾波场的内鞘层电子会在空泡前面重合,外鞘层回流电子则在环形空泡尾部中轴位置堆积,其轨迹相互交叉,最终形成类铃形的中轴空泡结构,这个结构具有纵向加速场和一个类似颠倒叁角形的聚焦场。这种多横向尾波场结构能够同时加速线形和环形电子束,并且能够通过调整等离子体和激光参数来控制从仅有中轴线形电子束到仅有环形电子束的过渡过程。第二部分(第五章)研究了激光与气体靶作用中的Betatron辐射,并基于激光尾波场离化注入机制,提出利用双色激光产生可调谐X射线的方案。研究表明,通过调整注入激光的偏轴距离和极化方向,能够控制加速电子在尾波场中的运动轨迹,从而产生高度可调谐强度形状和极化特性的辐射。当注入激光偏轴距离与离化电子的横向动量相匹配时,能够产生强度形状为圆环形,极化分布对称的X射线辐射。环形辐射的峰值亮度能够达到1.3×10~199 photon/s/mm~2/mrad~2/0.1%BW。而且,模拟中的激光和等离子体参数在现有的实验条件下是可以实现的,这为以后的实验验证提供了切实可行的方法。第叁部分(第六章)研究了激光与固体靶作用中的高次谐波产生,提出利用相对论超强激光与固体闪耀光栅靶作用定向增强高次谐波辐射的方案。研究表明,这样的光栅靶不仅能够选择光栅频率整数倍阶次的谐波,而且沿着驱动激光局域反射方向的辐射强度能够增强和辐射区域能够增大,通过裁剪局域闪耀结构能够调整定向增强的方向。理论和电子动力学分析表明,可选择性和定向性源于多周期激光与光栅靶作用的相干迭加效应和光栅单凸起结构的电子能量增强效应,该研究结果有利于激光固体靶高次谐波的产生和应用。(本文来源于《国防科技大学》期刊2018-05-01）
李荣凤,高树超,肖朝凡,徐智怡,薛兴泰[5]（2017）在《激光尾波场驱动准连续小角度电子束研究进展》一文中研究指出报道了在北京大学新建成的5 Hz 200 TW飞秒激光加速器实验装置上利用68 TW(1.7 J,25 fs)的激光与混合气体(99%He掺杂1%N_2)进行激光电子加速的初步实验结果与理论分析.在实验中观测到了最大截止能量为290 MeV的连续电子能谱,并且最大输出能量在一定的聚焦范围内基本不变.二维particle-in-cell模拟表明:电离注入导致电子不断注入,使得纵向相空间在激光传播几个毫米后基本被电子填满;之后相空间中电子分布基本保持稳定,随着激光传播距离的增加,输出电子最大能量几乎不变,这与实验观察到的最大输出能量随激光聚焦位置在一定范围内不变的现象一致.实验与模拟结果揭示了在当前实验条件下连续电离注入对电子束品质的影响,为今后进一步优化电离注入电子品质提供了依据.(本文来源于《物理学报》期刊2017年15期）
陶孟泽[6]（2017）在《基于离化注入的尾波场电子加速实验研究》一文中研究指出激光驱动的等离子体加速器,能够提供高达100 GV/m的加速电场,一经提出便引发了学术领域的广泛兴趣。基于该技术,能够以较小的造价,建设新一代的台面式小型化电子加速器。随着激光技术的不断突破,超短超强激光也投入于激光加速实验中。经过短短30年的发展,激光驱动的尾波场电子加速(Laser Wakefield Acceleration)已经成为激光与物质相互作用领域一个重要研究方向。同步辐射源、对撞机和自由电子激光都对高品质电子束(高能量、低能散、低发散度)有超高的需求。从高能热电子,到准单能电子束,再到参数稳定可控的电子束,人们不断在实验和理论方面提升对该方向的研究深度,不断实现物理机制和实验技术方面的突破,使得该领域日趋成熟。第一章是绪论。介绍了激光等离子体加速器产生的背景,以及其优势和应用前景。从理论上详细讲解了激光等离子体加速技术的运行机制和条件,包括重要的概念和物理模型。第二章是气体靶电子加速。详细回顾了30多年中激光等离子体尾波场电子加速领域的发展历程和重要成果,包括超强激光的发展,准单能电子束的产生,突破GeV量级等等。我们团队在产生高品质电子源方面有着很多工作,着重介绍了激光与氮气靶相互作用产生的准单能电子束,并且在优化电子束参数方面所做的努力。第叁章是团簇靶电子加速。详细介绍了团簇在激光与物质相互作用方面的优势及应用领域。首次通过激光与团簇靶相互作用,获得了大电量、低能散的稳定准单能电子束,其中蕴含的电子注入和加速过程十分值得进行下一步的深入研究。在第四章中是博士期间在实验技术和实验诊断方面的工作,包括对等离子体和电子束的诊断仪器,接着展示了实验室靶场建设方面的工作。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2017-06-01）
宋明豪[7]（2017）在《自由电子激光中的尾波场效应研究》一文中研究指出自由电子激光能够在太赫兹到硬X射线频率范围内产生高功率、相干性好、脉冲长度短的辐射脉冲。这些特性使得自由电子激光能够广泛应用到科学研究中,如原子/分子生物学、材料科学、催化工程以及医药科学等。对于一个自由电子激光装置而言,拥有低发射度、低能散、高峰值流强的高品质电子束团是非常有必要的。在束团经历直线加速器部分的加速阶段、压缩阶段和传输阶段时,纵向尾场引入的能量损失可以通过射频结构的反馈补偿。然而,当电子束团通过由小磁隙波荡器、复杂段间结构、以及各种功能的chicane等组成的波荡器系统时,尾场造成的能量损失会显着地降低束流品质和影响自由电子激光辐射过程。为了保证上海软X射线自由电子激光装置能够提供稳定的高通量辐射光,尾场效应的相关研究是不可忽视的一个重要问题。尾场效应从作用方式可分为叁大类:含有电阻的波荡器真空盒产生的阻抗壁尾场、真空盒表面不够光滑引起的粗糙度尾场以及几何不连续性导致的结构尾场。在此背景下,本论文从SXFEL试验装置、用户装置的尾场计算和可能的测量方法两个方面出发,对尾场效应进行了较为深入的研究。对于SXFEL试验装置,本文首先借助数值模拟软件对椭圆形截面真空盒阻抗壁叁维尾场进行了系统研究,为今后椭圆形截面真空盒尺寸设计提供指导。接着对比由理论解析式和数值模拟分别得到的不同情况下真空盒阻抗壁尾场,以及比较二维模拟软件和叁维模拟软件所得几何结构尾场。通过比较发现,不论是理论和数值模拟结果,还是二维模拟和叁维模拟结果,在一定程度上表现出良好的吻合性,因此,理论公式和二维模拟的代替可以大大缩短计算多种方案下的波荡器阻抗壁尾场、粗糙度尾场以及结构尾场所需运算时间,能够克服叁维模拟网格数过多带来的限制,且能很好的贴近实际情况。为了确保电子束团的运行轨迹,工作在级联HGHG/EEHG模式下的波荡器系统因为束流检测设备和校准仪器的安装插入而变得非常复杂。对此通过采用划分模块的方法,得到的波荡器段总尾场可以从时间上和空间上分析其对自由电子激光的影响。在此基础上,经过模拟发现第一级44 nm自由电子激光输出不会受到尾场效应的影响,而0.8 MeV总的束流能量损失则会使第二级8.8 nm自由电子激光峰值亮度降低。SXFEL用户装置的一条用户线基于试验装置进行升级改造,除此之外的另一条基于SASE运行模式的波荡器分支线也会安装在隧道内,实现极高亮度的2 nm水窗波段脉冲输出。用户装置的尾场研究思路类似于试验装置,不同地是,通过采用从注入器到波荡器追踪模拟得到的真实束团分布,计算所得的尾场更加接近实际情况,且能更准确的分析尾场影响下的自由电子激光品质。经过模拟SASE用户线发现,沿波荡器系统总的4 MeV能量损失会使得FEL脉冲能量降至原来的七分之一左右,同时平均辐射功率以及频谱都有一定程度的降低。一般来说,自由电子激光品质的破坏可以通过调节波荡器磁场强度来补偿,且脉冲能量或辐射功率会随着补偿的增加而升高。同理,SXFEL试验装置及用户装置可以采用梯度技术方法来实现预期的自由电子激光,甚至进一步提高辐射效率。在尾场测量方面,本论文主要针对SXFEL用户装置SASE线展开数值模拟。由于开展短束团尾场测量模拟需要有较好的分辨率,因此本工作基于X波段射频偏转腔及弯转磁铁设计和优化用户装置束流诊断线。通过匹配优化束线磁聚焦结构,得到最佳时间分辨率约为6.6 fs。这种较好的分辨率在束团纵向相空间重构以及尾场测量模拟中都有很好的应用。以此为基础,通过数值模拟,我们重构出的纵向束团分布和相空间都能与初始情况得到一个很好的吻合。得益于用户装置波荡器磁隙可调性及采用微扰电子束团运动的方法,可以重构波荡器段的纵向尾场。不仅如此,利用该束流诊断线重构X射线脉冲时间分布也得到了很好的模拟验证,这将为自由电子激光测量提供了另外一种技术手段。本文工作重点在尾场数值模拟的研究,研究内容紧密结合了上海软X射线自由电子激光装置的工程实际。对SXFEL试验装置以及用户装置的设计、建设、调试有一定的应用价值。(本文来源于《中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)》期刊2017-05-01）
李松[8]（2016）在《激光尾波场加速产生高品质电子束的实验研究》一文中研究指出激光尾波加速(LWFA)因其具有加速梯度高、结构紧凑、经济效益高等优点,有望发展成为新一代正负电子对撞机、X射线光源以及自由电子激光的理想加速方案。该方案是由美国科学家Tajima和Dawson于叁十年前(1979年)提出,利用超高能量密度激光脉冲轰击特定气体时产生的等离子体加速结构,在毫米、厘米、甚至于米的距离内将电子加速到接近于光速,以获得极高能量的电子束输出。此后,该领域的研究经历了早期的大振幅尾波激发、稳定电子加速到如今受控高品质加速等多个发展阶段。为了实际应用,LWFA电子束品质的提升(包括峰值能量、能散、发射度和电量),还有待进一步加强。本论文以提升LWFA电子束品质为目标,围绕相对论强激光驱动稳定电子加速与诊断、电子束品质优化、LWFA中离化注入的动力学过程诊断等方面开展了相关实验研究。论文的主要研究工作和创新成绩总结如下:1.完成了上海交通大学激光等离子体电子加速器实验及诊断平台的建设任务。在此平台上,利用功率高达17?50TW,脉宽为30fs,中心波长为800nm的激光脉冲与4mm长的纯氦气体喷流相互作用,经自注入LWFA机制,在低氦等离子体密度条件下产生了峰值能量超过100MeV的高质量准单能电子束。详细研究了电子束的空间发散角、指向性、能谱及电荷量随等离子体密度变化的关系,发现:低密度条件下产生的电子束质量明显高于高密度条件下产生的电子束;随着密度的进一步提高,电子束质量严重下滑,与此同时,激光脉冲与等离子体的相互作用过程也变得不稳定。2.利用相同参数的激光脉冲与4mm长的纯氖气体喷流相互作用,经自注入LWFA机制,产生了峰值能量为40?120MeV、电荷量高达~430pC的准单能电子束。实验中,我们还研究了电子束空间发散角、指向稳定性及电荷量随氖等离子密度的变化关系,在较高密度下,我们观测到了多个电子束产生的现象。数值模拟结果表明:这是由于激光脉冲在高密度等离子体中传输时破裂成多个子脉冲,每个子脉冲均激发自己的尾波场,加速电子,进而形成多个子电子束。3.利用高度不匹配激光脉冲与氦气中掺杂低浓度(0.3%)氮气形成的4-mm混合气体喷流相互作用,经离化注入电子机制,可全面优化单级LWFA产生的电子束质量。我们使用了~30TW、30fs的激光脉冲轰击混合气体喷流,在3.3?8.5×10~(18)cm~(-3)的氦等离子体密度条件下,可产生平均峰值能量高达300MeV的电子束。相同实验条件下,对比纯氦中发生的电子自注入机制,掺杂超低浓度的氮气后诱发的离化注入电子过程呈现出自控制特性,所产生的电子束具有更高的能量,更大的电荷量,电子被俘获的密度阈值也更低,同时产生低能散且无背景暗电流(低能电子)的可能性更高。获得这一实验结果的潜在机制是:高度不匹配激光脉冲在等离子体中传输形成的自聚焦效应诱发了自截止电子离化注入过程。通过优化氮气掺杂比例,获得了454MeV、3.4%能散的高品质电子束。4.设计搭建了一套单光束飞秒探针系统,用于研究LWFA中离化注入的动力学过程。该探针光束由已有的200TW激光主光束中分出,经分束器后分成两路光:一路光通过双棱镜干涉后成像,用于探测等离子体密度分布及其随时间的演化过程;另一路光直接对等离子体区域进行阴影成像,用于探测激光脉冲与等离子体相互作用过程。利用该套系统,我们首次在飞秒强激光脉冲在氦氮混合气体喷流中驱动尾波加速中观测到了可能表征氮原子内壳层电子离化与注入过程的剑鱼型阴影结构,并对这一结构进行了时间分辨动力学研究。(本文来源于《上海交通大学》期刊2016-12-01）
张国博[9]（2013）在《激光尾波场新型电子注入方案研究》一文中研究指出随着激光技术的不断发展,超短超强激光在低密度等离子体中激发出高强度等离子体波用于实现电子加速研究已取得重大进展,基于此原理发展起来的新型台面式电子加速器成为了当前国际上的研究热点。激光尾波场加速中电子获得加速的前提是“电子俘获”,因此如何提高俘获电子的数目和性能是现今急需解决的关键问题。本文工作在马燕云等人相关研究的基础上,采用理论分析与粒子模拟相结合的方式,提出了若干增强电子俘获的物理方案,并对增强俘获的原因进行了深入细致的分析。研究结果对进一步理解尾波场加速过程中的电子注入过程和指导相关实验获得大电荷量电子束都有参考价值。论文的主要内容共分为叁个部分:第一部分是激光尾波场加速中的“空泡”模型介绍,以及考虑空泡内剩余电子的电荷密度和电流密度后空泡核心区域电磁场和空泡形状的解析求解。该部分主要介绍了A.Pukhov等人的空泡模型和W.Lu等人的blowout模式下的电子鞘层模型,重点对H.C.Wu等人考虑剩余电子密度对空泡核心区域电磁场和空泡形状的影响所得研究结果进行了介绍和分析,为激光尾波场加速中的空泡加速过程研究提供了理论依据。第二部分提出了优化激光横向空间分布来增强电子俘获的方案,并进行了理论分析和数值模拟研究。研究表明,激光横向波形对电子俘获数目影响较大,在相同条件下,相对于高斯形激光脉冲,超高斯形激光更有利于拉动空泡闭合前侧边的电子团向空泡尾部汇聚形成高能量局域化的弓形波,从而导致更多的电子注入到空泡的加速相,使得被俘获的电子数目提高近5倍,且电子束品质得到改善。第叁部分提出了优化激光脉冲时间波形来增强电子俘获的方案,并进行了理论分析和数值模拟研究。研究表明:在弓形波电子注入条件下,对于时间前沿较为陡峭的正扭曲脉冲,由于纵向有质动力较大,能够激发更强的纵向电场和空间分布更广的加速区域,有利于增大注入电子的初速度,使得更多的电子注入到空泡加速相位。在其他条件相同的情况下,正扭曲脉冲的电子俘获数目远高于激光脉冲时间波形分别为高斯形和负扭曲分布的情形,且改善了所得到的电子束的品质。(本文来源于《国防科学技术大学》期刊2013-12-01）
谢翔云[10]（2011）在《激光尾波场加速电子新型注入方法研究》一文中研究指出近叁十年来,随着超短超强激光脉冲技术的飞速发展和激光等离子体相互作用研究的不断深入开展,有望成为未来新型台面式高能电子加速器的激光尾波场电子加速器成为当前国际研究热点。而电子注入是激光尾波场加速电子机制中至关重要的一个物理环节,因此我们将其作为本论文的主要研究内容。本文根据尾波场加速机制的特点提出实现或者增强电子注入的新方案,并且利用粒子模拟程序,对不同方案的注入过程进行研究。研究结果表明,我们提出的几种新方案均能有效提高注入电子数目。论文主要内容包括:首先,提出了利用同向同轴非同步的双激光脉冲增强激光尾波场中电子注入的方案。数值模拟结果表明,利用双激光脉冲可以让尾波场在空间上得到扩张,从而有效增强电子注入,注入电子数接近同能量单激光脉冲情况的2倍。而且方案通过改变激光焦斑大小,改变双脉冲纵向间隔,或者改变激光极化方向进行优化可以增强电子注入效果。其次,提出并研究了利用同向非同轴非同步的双激光脉冲与等离子体相互作用的方案。一方面,在非空泡模式下实现电子注入;另一方面,在电子弓形波模式下实现电子注入。而且数值模拟结果证实了上述两种方案预期结果。最后,基于一维激光脉冲前沿有质动力加速电子机制,提出利用双激光脉冲增强电子注入方案。一方面,从理论上给出了满足脉冲前沿加速条件的电子最小速度和最大速度增益;另一方面,通过模拟表明,利用双激光的情况能够比单激光实现更有效的注入,并且得到能量更高、单能性更好的电子束。(本文来源于《国防科学技术大学》期刊2011-12-01）
尾波场论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
粒子加速器的出现是人类科学发展史上的里程碑,粒子加速器的发展也一直代表着人类探索物理本质的最前沿。然而目前传统加速器和基于传统加速器的同步辐射装置的发展却越来越难以跟上人类科学研究的快速步伐。近年来,激光技术的发展,尤其是超短超强激光技术的进步,推动了现代物理学中高能量密度物理领域的不断发展。人们在超短超强激光与等离子体相互作用中发现了新型的粒子加速原理:激光尾波场加速。相比于传统加速器,激光尾波场中的电子加速梯度可以高出3个数量级,能够将当前动辄长达数公里的大型传统加速器缩小到台面尺度,有望成为下一代TeV量级加速器的备选方案;也具备将需要利用高能电子的传统同步辐射装置小型化和实用化的潜力。然而基于激光尾波场加速产生的高能电子和辐射相比目前已经成熟的传统加速器和辐射源还有一定的缺点,有待科研人员的进一步深入研究。本文中,我们将就基于激光尾波场的电子加速和辐射产生过程,如电子能量提高、电子注入方式、辐射产生方案等问题给出自己的看法,希望将激光尾波场加速推向实用。本学位论文除绪论外主要包含以下两方面工作:第一部分主要研究激光等离子体尾波场中的电子加速过程。首先,我们将提出一种新的激光尾波场加速级联耦合方案。通过使用曲率渐变的弯曲等离子体通道作为加速器的过渡级,我们实现了激光脉冲传播方向的改变,并且保证了新激光在下一级直等离子体通道中传输时横向振荡和激光包络扭曲变形的最小化,借助电子束在等离子体中传输时自身激发尾波场对电子束的聚焦效应,该方案可以获得高效率高稳定性的级联耦合。在保证电子束品质的前提下,使已被前级激光尾波场加速的电子束再次获得加速,为未来制造TeV能量级别的激光尾波场加速器和对撞机奠定基础。接着,我们将研究空泡机制下激光尾波场中的边界层电子。我们观察到空泡边界层中的部分电子会获得较高的横向动量,并从空泡两侧横向出射离开尾波场。根据电子从空泡边界鞘层中分离位置的不同,我们区分出了叁种边界波:在鞘层尾部越过中心轴出射的尾部波,在鞘层中部平行于激光传播方向向后出射的侧面波和在鞘层头部出射的弓形波。通过研究这些边界波中电子的动力学,我们发现使用光强较低、焦斑较大的激光和相对高的等离子体密度可以抑制高能边界层电子波的形成,从而提高激光尾波场加速中能量从激光脉冲向被加速电子束转化的效率。在此基础上,我们还将就如何应用具有一定能量的边界层电子提出自己的看法。最后,我们将研究驱动光与高相对论强度注入光作用下的电子注入和加速。我们观察到当两束光具有一定延时,无法发生直接碰撞时,依然能获得准单能的高能电子束。进一步分析后,我们发现此条件下存在尾波碰撞引起的电子注入,并且延时的微调会导致背景电子注入电量受所处尾波场相位的影响发生变化。同时该尾波场碰撞机制也具备了作为新型的诊断方法对尾波场的结构进行探测的潜力。第二部分重点研究激光尾波场中可调谐的电子辐射。首先,我们提出了激光在等离子体通道中偏轴或倾斜入射时,会由于被加速电子的横向振荡产生类同步辐射X射线。这种振荡的频率和幅度均不随电子能量的增加而变化,与通常的betatron振荡不同而更接近电子在同步辐射光源中的运动方式。此方案中只要改变激光入射参数和等离子体通道的参数就能改变电子振荡的周期和幅度,从而调节产生X射线的辐射区域、辐射频谱等性质。通过高维粒子模拟将上述方案推广到更一般的叁维情形后,我们发现当激光入射波矢方向与等离子体通道中心轴异面时电子的振荡轨迹将变成螺旋形并在远场产生中空的椭圆或圆形辐射分布。由于螺旋运动中电子的横向速度方向在不断发生变化,因此会辐射出在不同方向偏振的光子。模拟中我们能够在辐射接收面上的不同位置得到不同偏振的辐射,也能通过改变激光的入射参数调整辐射的偏振方向。最后,我们研究了激光尾波场加速器产生的高能电子束与高相对论强度散射光发生的汤姆逊散射。通过数值模拟对高阶非线性汤姆逊散射实验进行了理论分析,确认了高阶多光子汤姆逊散射的阶数,并揭示了远场辐射菱形的分布特征来源于电子束与激光束的空间匹配效应。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
尾波场论文参考文献
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