《雷射尾場下光子的加速效應及其最佳化》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由步志剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：雷射尾場下光子的加速效應及其最佳化
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：步志剛
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光子加速(脈衝頻移)效應在大振幅雷射尾場的診斷、產生高頻輻射源等方面有著重要的套用前景，因此對光子加速的深入研究是非常有意義的。本項目的研究內容是利用理論分析和數值模擬研究大振幅雷射尾場下的光子加速效應，主要的研究內容和目標為：(1) 基於光的粒子特性，利用光子理論研究在大振幅雷射尾場下的光子捕獲與加速機制，得到最有利於光子加速的條件；(2) 由單光子模型推廣至整個雷射脈衝，研究與光子加速有關的現象，例如雷射脈衝在尾場下的壓縮、頻譜演化與分裂等，並對實驗研究提供有效的參數和理論依據；(3) 對雷射與電漿的參量進行最佳化，並仔細研究可能會放大脈衝頻移量的方法和機制，從而獲得更高頻的輻射源。我們的研究方法除了利用傳統的Maxwell波動理論結合流體力學外，還將重點採用光的粒子理論來描述雷射脈衝，並將對兩種方法的結果對比；同時，利用數值模擬對理論研究結果進行驗證。
結題摘要
電漿中的光子加速是雷射-電漿粒子加速中的一個重要問題，它在雷射尾場診斷以及產生高頻輻射源等方面有著重要的套用前景。報告中主要研究了兩種基於雷射-電漿相互作用的光子加速機制：雷射尾場下的絕熱光子加速和相對論飛鏡加速。 報告中我們套用光子的哈密頓動力學理論研究了光子絕熱加速過程。考慮將入射光子以一定的小入射角注入雷射尾場，當尾場相速度一定時，通過對入射角的調節可以更方便的控制尾場傳播方向上光子的捕獲並增大加速距離，從而獲得更好的加速效果。我們重點研究了光子的捕獲條件和最大加速頻率；並對光子的加速梯度和失相長度，以及驅動脈衝和電漿的各參數對加速過程的影響做了仔細的討論；最後對尾場的有限橫向寬度對光子加速的限制做了分析。研究結果表明，在選擇合適參數的情況下，斜入射方式對光子的絕熱加速是有利的，該方法有可能獲得更高頻的加速光子。 對於飛鏡加速的研究，我們提出了一種在密度上升的非均勻電漿中激發產生的超光速飛鏡機制。超光速飛鏡可以產生許多新的現象：首先，它可以像普通相對論飛鏡一樣部分反射並壓縮入射光，以獲得高頻超短的反射光脈衝；其次，由於飛鏡的運動速度是超光速的，這將導致反射光會刺透鏡面，且尾隨飛鏡一起向前傳播，同時反射光的形狀將發生翻轉；第三，超光速飛鏡的透射率大於一，這說明透射光可以從飛鏡獲得額外的能量，這些能量必須由尾場提供；最有意思的是，如果在反射過程中飛鏡前表面反射點的速度從超光速降低到小於光速，那么反射光會發生摺疊從而減少了周期數，使得反射光將變得更短。因此，超光速飛鏡可以提供一種潛在的產生高頻超短少周期(甚至單周期)光源的方法。
