自適應光脈衝整形技術在電子加速中的套用研究

《自適應光脈衝整形技術在電子加速中的套用研究》是依託南開大學，由臧維平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：自適應光脈衝整形技術在電子加速中的套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：臧維平
• 依託單位：南開大學

中文摘要

本項目研究自適應光脈衝整形技術在真空電子加速中的套用。在對雷射加速電子研究成果分析和總結的基礎上，歸納出最利於加速電子的電磁場的特性和結構。根據歸納的最佳化電磁場結構，初步構造一個利於加速電子的三維光強分布，利用自適應學習循環算法，實現最最佳化光脈衝整形。採用這種技術可以得到具有最適合電子加速的電磁場振幅、位相和偏振分布。採用進化算法、以雷射動力學模擬所獲得的電子加速能量作為進化算法反饋信號，構建自適應電子加速場的脈衝整形最佳化方案，分別對輸入脈衝進行振幅、位相和偏振進行整形。以獲得最利於加速電子或電子束的最最佳化電磁場的空間和時間分布。作為第一步，數值模擬集中於單電子加速的最佳化，然後將所得的最佳化方案套用於電子束的加速和其它粒子束加速的最佳化,例如質子束加速。最後，建立原型實驗來驗證最佳化方案。課題組具備紮實的工作基礎和良好的工作條件，我們有信心在該領域取得重要突破並出色的完成課題。

結題摘要

採用雷射束對電子進行加速具有重要的理論和套用價值。為了提高電子加速的效率，雷射場所涉及電磁波的整形和加速電子的初始條件最佳化就具有重要的意義。在本項目中，我們按照計畫開展研究工作，通過採用遺傳算法，我們在電子加速的最佳化方面取得了較大的進展。我們在研究工作中增加了分析微粒在電磁場中的俘獲、輸運和微操控方面的理論研究，並取得了很好的研究結果。在真空加速電子方面，我們討論了基於遺傳算法的雷射加速電子的最佳化，對比了遺傳算法與一般數值模擬方法在多變數情況下能量增益的最佳化，發現採用遺傳算法最佳化結果更好；我們對高斯光束電子的加速進行了全局最佳化，獲得了最最佳化加速電子的初始參數組合，確定了加速電子的高能增益區域；同時我們對緊聚焦圓柱矢量高斯光束真空電子加速也進行詳細研究，發現電子的入射角和雷射束的初始位相對於電子進入和高光強區域扮演重要的角色。在粒子的光捕獲和輸運研究方面，我們分析發現在微粒迅衰場的俘獲研究中，粒子和界面的多散射效應也是一個很重要的因素，我們對多散射效應對光俘獲力的影響進行了深入的研究，採用廣義最小誤差法消除了疊代法中所出現的誤差和發散，得到了和實驗更加吻合的結果，在此基礎上，我們分析了多散射效應在光波導迅衰波中對粒子俘獲的影響，同時我們也進一步開展了Airy光束對Mie粒子的捕獲、輸運和分類研究。我們通過採用平面波譜和任意光束理論得到了光學俘獲力和粒子的尺寸及相對摺射率的關係。