对非线性康普顿散射几种改进物理模型的比较

非线性康普顿散射被认为是未来超短超强激光与物质相互作用中的主导性物理过程之一。目前大多数相关研究都基于一种主流的非线性康普顿散射物理模型,该模型假设辐射形成距离足够短、对初态和末态自旋求平均与求和、并忽略了参与散射的激光光子的能动量。近年来,一些研究为了在更广阔的参数空间内,更准确地描述非线性康普顿散射,也对这个主流物理模型提出了几种修正和改进。回顾了对非线性康普顿散射主流物理模型进行的几种改进和修正,介绍了它们的适用范围,分析了它们的基本性质并对其物理效应进行了简单讨论。

激光-电子非线性康普顿散射中电子的特性研究

利用单粒子理论和电子与光子非弹性碰撞模型，对激光一电子非线性康普顿散射的电子的速度进行了研究．通过理论推导得出了电子的能量变化因子的表达式，同时讨论了电子与光子碰撞后的速度．结果表明，电子与光子碰撞后的速度不仅与碰撞之前电子的速度和n光子集团的频率有关，还与电子与n光子集团入射方向与散射方向间的夹角和光子的散射角有关．

磁逆多光子非线性Compton散射的能量转换

应用电子与光子非弹性碰撞模型,分析、计算了磁逆多光子非线性Compton散射中电子与光子间的能量转换。结果表明:磁逆多光子非线性Compton散射前,做Landau运动的电子不是热电子,而是处于激发态的电子,该散射产生高γ射线的几率要比磁逆单光子Compton散射时的几率小;当磁逆多光子非线性Compton散射中的电子被光场俘获时,电子可以从激光场中获得巨大的加速能量,但比多光子非线性Compton散射时获得的能量低。

康普顿散射对可调缺陷层等离子体光子晶体滤波的影响

应用多光子非线性康普顿(Compton)散射模型和时域有限差分方法,研究了多光子非线性Compton散射对可调缺陷层等离子体光子晶体滤波的影响。结果表明,等离子体缺陷层几何厚度不变时,随缺陷等离子体层电子密度的增大,多光子非线性Compton散射使缺陷模透射峰频率向高频方向迅速移动,缺陷模中心频率向高频方向近乎线性地迅速移动。等离子体缺陷层厚度增大时,多光子非线性Compton散射使缺陷模的中心频率向低频方向移动;厚度增加到一定值时,在带隙上边沿处产生一个高于Compton散射前频率的缺陷模频率。

康普顿散射对飞秒光丝中等离子体密度时演特性的影响

通过康普顿散射模型、等离子体时间切片模型和数值计算方法研究了飞秒光丝中等离子体密度时演特性,提出了将康普顿散射光作为改变等离子体电子峰值密度的新机制,给出了带电粒子动力学修正方程,并进行了数值计算。研究发现散射使等离子体达到导电的时间缩短,电离区电子密度增长呈准饱和状态,电离衰退区电子密度近乎恒定,不同脉冲电离贡献率差别很小。随脉冲切片光强增强,O2电离贡献率有所下降,N2电离贡献率最终超过O2贡献率,等离子体通道内电子峰值密度增大,通道寿命延长。相同峰值强度下,长、短脉冲产生的电子密度峰值增长几乎相同,且较散射前有所减小。

超强激光功率密度对等离子体中自生磁场和电子热传导的影响

应用多光子非线性康普顿散射模型、3维粒子模拟模型和数值计算方法，研究了超强激光与等离子体作用中自生磁场产生和电子热传导过程，提出了将非线性康普顿散射光作为改变等离子体自生磁场和电子热传导的新机制，给出了自生磁场最大饱和值和超热电子热传导的修正方程和数值计算结果．研究发现在时间为100—160内，自生磁场能量随入射激光功率密度增大而迅速增大，之后处于较高饱和阶段．增大的初始时刻较散射前提前了20，增大阶段的时间延长了30，饱和阶段增幅为40％．入射激光功率密度为10^19～10^20w／cm^2时，自生磁场强度最大模拟值为1．47×10^4-3．75×10^4T，单电子能谱峰值出现在3．3MeV和6．6MeV附近，能谱曲线在4～15MeV和11-14．3MeV迅速衰减，在6．7MeV和13．2MeV以上时，超热电子有效温度为2．6MeV和4．5MeV，比无散射的理论值和拟合值均有一定增大．随入射激光强度增大，热流随激光脉冲一起向等离子体内流动的时间缩短，自生磁场限制热流的时间延长．对所得结果给出了初步物理解释．

Evolution of Electron Phase Orbits of Multi-photon Nonlinear Compton Scattering in High Power Laser-plasma

The evolution of the electron phase orbits based on the multi-photon nonlinear Compton scattering with the high power laser-plasma is discussed by using Kroll-Morton-Rosenbluth theory. The random evolution of the un-captured electron phase orbits from periodicity to non-periodicity is found after the energy has been exchanged between the electron and photons. With the increase of the absorbed photon number n by an electron,this evolution will be more and more intense, while which is rapidly decreased with the enhancement of the collision non-flexibility ξ and their initial speeds of the electrons and photons,but this evolution is lower than that in the high power laser field. When the electrons are captured by the laser field,the evolution is finished,and the electrons will stably transport,and the photons don’t provide the energy for these electrons any more.