基于分子干涉函数的光子-原子相干散射截面计算方法研究

X射线衍射在物质结构分析和材料无损检测领域有着广泛的应用,其基本物理原理为光子与物质发生的相干散射。传统的相干散射截面计算方法基于独立原子形状因子近似方法,忽略了光子动量转移较小时与原子发生相互作用时的分子干涉效应,影响相干散射截面的计算精度。因此,为了获得光子动量转移较小时精确的相干散射截面,本文在核数据处理程序NECP-Atlas中对基于分子干涉函数的光子-原子相干散射截面计算方法进行研究,利用分子动力学模拟方法计算分子干涉函数,对蒙特卡罗程序使用的ACE格式数据库中的原子形状因子进行修正,并给出了模拟得到的水分子和乙醇分子的分子干涉函数,对基于独立原子形状因子近似方法和考虑分子干涉效应计算得到的水和乙醇的散射成像结果进行了对比分析。数值结果显示:基于分子动力学模拟得到的分子干涉函数计算得到的水的散射成像结果与文献结果吻合较好;同时,当光子动量转移较小时,分子干涉效应对相干散射的次级光子角度分布有着显著影响。本文建立的光子-原子相干散射截面计算方法可显著提高光子动量转移较小时的相干散射次级光子角度分布计算精度,可为X射线衍射模拟提供数据基础。

光子带隙光纤背向散射次波建模及实验验证

光子带隙光纤有着独特的结构形式、传输介质和导光机制,这使其具有传统光纤无法比拟的优点,是未来光纤陀螺的理想选择。但光子带隙光纤粗糙的纤芯内壁导致其产生强烈的背向散射次波,会使光子带隙光纤陀螺产生额外的非互易误差。为了定量分析光子带隙光纤背向散射次波强度大小,论文基于电偶极子辐射理论建立了一种简单的光子带隙光纤背向散射次波理论模型。通过聚焦离子束微纳加工法和原子力显微镜测量得到了准确的纤芯内壁表面形貌功率谱密度,进而计算得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数理论值为2.61×10^(-9)/mm。通过光频域背向反射散射仪得到HC-1550-02型光子带隙光纤背向散射系数测量值为~1.82×10^(-9)/mm,初步验证了背向散射次波模型的正确性,为背向散射次波抑制技术研究奠定了基础。

多光子非线性Compton散射下的调制不稳定性对波分复用系统的影响

运用小信号分析法,研究了多光子非线性Compton散射下的调制不稳定性(MI)对波分复用系统的影响,结果表明:计及散射光的调制不稳定性,不仅会使波分复用系统的信噪比(SNR)更快地下降,从而导致信号强度更快地减弱,而且还会对噪声有更大的放大作用;这种调制不稳定性对波分复用系统中各信道的影响是不同的,它对短波段的作用强于长波段,也会使各信道的信噪比产生更大的偏差,将使长波段较短波段有更大的信噪比,信噪比的降低将随着长度的增加有较快的积累。

Compton散射强光子流在等离子体通道中的传输特性

给出了冷等离子体中高阶相对论下多光子非线性Compton散射的光子流在等离子体通道中的传输方程,研究了高阶相对论效应对散射光子流传输的影响。在近轴近似下,散射强光子流依然有较浅的“势阱”方程。当散射强光子流强度较大时,高阶相对论效应变得更加重要:它减小了散射光束宽的振荡幅度,同时加快了散射光束宽的振荡速度。当散射强光子流功率大于或等于相对论临界功率时,高阶相对论效应避免了散射强光子流强度随传输距离出现无限大的奇异性。给出了散射强光子流的平衡解存在的条件。

Compton散射下强激光PPCs光子带隙构新模型

应用光流线量子理论和多光子非线性Compton散射模型,研究了强激光等离子体光子晶体中光子带隙产生的机制,提出了将入射光和Compton散射光形成的耦合光流线作为在强激光等离子体光子晶体中形成光子带隙结构的新模型,给出了耦合光流线满足的基本方程.结果表明,Compton散射使强激光等离子体光子晶体中产生了较深的折射率势阱,改变了在这个势阱中运动的耦合光能量的量子化分布几率,从而改变了光子带隙的位置和结构.

强激光等离子体中多光子非线性Compton微分散射截面特性

研究了强激光等离子体中多光子非线性Compton效应下阻尼电子与光子的散射特性,推出了其微分散射截面表达式。研究表明,尾波场的涨落和随机误差是电子发生纵向群聚的根本原因,且能引起电子更剧烈的群聚。电子横向动量的变化是引起电子和光子散射的根本原因,其微分散射截面随与一个电子同时作用的光子数的增大而减小,随散射非弹性成分的增大而迅速减小,但比激光场中的情况来得慢一些。只有当与电子同时作用的光子数与散射非弹性成分相等时电子才能被光场俘获。

多光子非线性Compton散射对激光等离子体中强朗缪尔湍动谱的影响

基于电子与多光子集团非线性Compton散射模型,研究了多光子非线性Compton散射对激光等离子体中强缪尔湍动谱的影响,提出了将入射光和散射光作为形成强缪尔湍动的新机制,给出了横等离激元、强朗缪尔激元和离声激元之间相互作用满足的修正方程,并进行了数值模拟.结果表明:Compton散射使横等离激元和朗缪尔激元间的碰撞频率大大增加,随着时间的演化,横等离激元和朗缪尔激元的能量由小波数区向大波数区的转移比散射前要快得多,同时产生剧烈的坍塌.坍塌后期,等离激元的强非线性作用激发出高次共振谐波,使能量从一个谐波转移到另一个谐波,形成无限高次谐波,引起波的破碎,出现由调制不稳定性控制的强朗缪尔湍动、较强的激光成丝和能量均分现象.研究结果为进一步研究强朗缪尔湍动的加速机制、反常碰撞、激光加热实验及快点火实验提供了理论支持.

Compton散射下磁化等离子体光子晶体光子带隙特性

为了研究多光子非线性Compton散射对横向磁光效应磁化等离子体光子晶体光子带隙特性的影响,采用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法进行了理论分析和实验验证,取得了关于晶体色散和调制不稳定性、光子带宽变化的重要数据,并提出了将入射光和Compton散射光作为磁化等离子体光子晶体色散的新机制。结果表明,Compton散射使等离子体色散增强,耦合电磁波通带变窄、阻带变宽,有效地降低了电磁波传输中的交叉相位调制的不稳定性,频率低于等离子体频率的电磁波在等离子体中的传播几率减小。

Compton散射下全内反射光子晶体光纤中的自相位调制

应用多光子非线性Compton散射概念和电子与多光子集团非线性散射模型,建立了全内反射光子晶体光纤中耦合啁啾脉冲激光的输运方程,理论分析和数值模拟了该过程中Compton散射对自相位调制的影响。研究发现,散射光使耦合啁啾脉冲的自相位调制加强,光纤的感应电极化强度、反转粒子数密度和增益增大,相位变化加快,受激辐射截面减小,增益相移在自相位调制中的作用不可忽略。

Compton散射对时变磁化等离子体光子晶体缺陷模的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和分段电流密度卷积时域有限差分法,将入射光和Compton散射光作为形成缺陷模的机制,研究了Compton散射对具有单一缺陷模的时变磁化等离子体光子晶体缺陷模的影响。结果表明:与Compton散射前相比,入射光频率低于等离子体频率时,禁带中仍存在明显的缺陷模,其频率随等离子体驰豫时间的增大而缓慢增大;等离子体弛豫时间相等时,等离子体均匀分布的禁带透射系数峰值比Epstein分布时小,两者的缺陷模特征都比较明显,但两者的禁带宽度及缺陷模之间的区别明显减小。

Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体缺陷模密温特性的影响进行了理论分析和数值模拟。结果表明,与Compton散射前的情况相比,Compton散射使低温低频处光子禁带中存在缺陷模的明显度降低,缺陷模频率增大,缺陷模和透射率峰值减小;使高温高频处缺陷模和透射率峰值、缺陷模频率显著增大,禁带宽减小,缺陷模位置向高频方向移动。随着电子密度的增大,散射减小了禁带增大效应和缺陷模减小效应,增强了缺陷模频率增大效应;随着电子密度的降低,散射增强了禁带变窄效应、缺陷模峰值增大效应和缺陷模频率减小效应。利用Compton散射,可实现对缺陷模密温特性的有效控制。

超强激光场中磁逆多光子非线性Compton散射的电子加速

应用电子与多光子集团非弹性Compton散射模型,分析、计算了磁逆多光子非线性Compton散射的电子加速,结果表明,散射前做Landau圆轨道运动的电子并非是热电子,而是处于激发态的电子。当耦合光的频率与处于激发态电子的频率相等时,能发生磁逆多光子非线性Compton散射,放出高γ射线,但产生高γ射线的几率要比产生低γ射线的几率小。若电子被光场俘获,电子可从激光场中获得巨大的加速能量。

Compton散射对磁化等离子体光子晶体色散特性的影响

利用多光子非线性Compton散射模型和有限时域差分法,对Compton散射对磁化等离子体光子晶体色散特性的影响进行了理论分析和数值模拟,提出了将入射光和Compton散射光作为磁化等离子体光子晶体中产生色散的新机制。研究结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使零色散频率和截止频率增大,零色散线相对于平带有一定的偏离,截止频率点色散线位置上升,上、下色散曲线分别呈现更加明显的非线性增加和减小的趋势。背景的相对介电函数增加到一定值时,散射使出现的全方向带隙的归一化频率增大,带隙中心位置下降较快,带隙宽度增加较大,波矢偏离周期平面较明显,本征模的截止频率较大,理论计算和数值模拟吻合得很好。

多光子非线性Compton散射对等离子体中电子运动的影响

应用多光子非线性Compton散射模型,研究了多光子非线性Compton散射对激光等离子体中电子运动的影响,提出了将入射激光和Compton散射光形成的耦合光、耦合光与等离子体产生的自生磁场形成的混合场作为加速电子的新机制,对电子动量和能量方程进行了修正和数值模拟。结果表明,当混合场的电场振幅与磁场振幅相等时,回旋共振电子在与混合场作用时间内能被加速到很高的能量;电子加速能量随耦合光幅值的增大而增大,随电子耦合初始角度的增大而周期变小,随电子横向耦合归一化初始速度的增大,开始时较快增加,之后缓慢增加,最后趋于稳定。

Compton散射对时变非磁化等离子体光子晶体禁带的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对Compton散射对时变非磁化等离子体光子晶体禁带的影响进行了研究,提出了将多光子非线性Compton散射电磁波和入射电磁波作为等离子体光子晶体产生光子禁带的新机制,给出了电磁场的Maxwell方程组和叠代方程的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,Compton散射使等离子体禁带宽随等离子体上升时间的增大比散射前有明显减小而最后趋于定值,均匀等离子体透射率峰值比线性等离子体增大得更多,利用Compton散射可实现对光子禁带的控制。

Compton散射下介电系数对一维等离子体光子晶体色散的影响

利用多光子非线性Compton散射模型,对Compton散射下介电系数关于等离子体光子晶体色散的影响进行了研究.提出了将Compton散射光作为影响介质层介电系数的新机制,给出了一维等离子体光子晶体色散关系式,并进行了数值模拟.结果表明:与散射前相比,介电系数εm=1时不出现禁带;当εm<3时,随εm增大,第一级禁带宽度先缓慢增大再达到最大值,最后缓慢减小,第二级禁带宽度先缓慢增大后趋于饱和值0.69,较散射前减小了0.03,两级禁带的εm临界值为5.4,较散射前减小了0.6,当εm<5.4时,第一级禁带宽度明显大于第二级,较散射前减小了0.04;当εm>5.4时,第二级禁带宽度反而大于第一级,二者差值比散射前明显减小,截止频率和第二级禁带边缘频率均向低频方向较快地移动,且第二级禁带边缘频率变化幅度明显大于截止频率.

Compton散射对光子晶体中光束自陷的影响

用相干函数法研究了Compton散射下圆形部分相干光束在全内反射光子晶体中的自陷行为。研究发现,散射使光谱中非相干成分和衍射效应降低,形成孤子的几率提高。传输中孤子振荡幅值、压缩程度、变化周期、半径均比散射前小,相干半径比散射前大,自聚焦起主导作用。

多光子非线性Compton散射对等离子体中颗粒成长的影响

应用等离子体颗粒成长模型和多光子非线性Compton模型,研究了多光子非线性Compton散射对等离子体中颗粒成长的影响。提出了将入射光和多光子非线性Compton散射光作为颗粒成长的新机制,对颗粒凝合截面、凝合系数、颗粒收集的电子流和离子流的表达式进行了修正。结果表明,等离子体参数的变化与多光子非线性Compton散射成分、电子散射前的初始速度、入射角、与电子同时作用的光子数等因素有关。散射使生长过程中收集离子机制和凝合机制增强,颗粒的凝合截面增大,颗粒半径较快的非均匀增长。

多光子非线性Compton散射的能量转换

研究了多光子非线性Compton散射中电子与光子的能量转换及其转换效率 结果表明 :散射光子频率随电子吸收光子数n的增大而增大 ,随碰撞非弹性成分 ξ的增大而迅速减小 在超强激光场中 ,当极端相对论性电子与光子发生多光子非线性Compton散射且被光场俘获时 ,能量转换效率趋于无限大 ,即电子可以从超强激光场中获得巨大的加速能量 用高速电子束入射并与光子发生多光子非线性Compton散射 。

Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和时域有限差分法,对多光子非线性Compton散射对非均匀等离子体光子晶体光子带隙特性的影响进行了研究,提出将入射和散射光作为形成光子带隙的新机制,对电磁波方程进行了修正.结果表明:与Compton散射前相比,散射使电磁波幅值衰减更快;随等离子体密度增加,透射谱禁带宽度几乎无变化,其中心频率向高频方向有明显移动,向上的峰值有较大增加,反射谱向下的峰值有明显减小;随温度增加,透射谱禁带宽明显减小,向上的峰值略有减小,透射能量有所降低;随两种介质介电系数比增加,光子禁带数增加,且带隙间距显著减小.