Compton散射下离子初始速度对等离子体鞘层厚度的影响

应用相对论理论、Compton散射等离子体离子源和龙格-库塔方法,研究了Compton散射对等离子体鞘层厚度的影响,提出了Compton散射等离子体离子源概念,并将入射光和Compton散射光作为形成等离子体离子初始速度的新机制,给出了Compton散射下鞘层空间内电位梯度随等离子体离子初始速度变化的修正方程,并进行了数值模拟.结果表明,与Compton散射前相比,Compton散射使等离子体鞘层厚度随加速电压增大而明显的非线性增大,这主要是由于Compton散射使离子与电子碰撞频率增大,电子温度升高,使离子初始速度和能量增大的缘故.

Compton散射下激光等离子体界面附近电子的运动

研究了多光子非线性Compton散射下等离子体中两个不同密度区的界面附近耦合激光场中电子的运动,导出了电子的横向动量与纵向动量相互关系的一般方程.研究发现:介质的非均匀性导致电子运动特性的重要变化,在一定的条件下,这种非均匀性有利于注入电子获得加速;散射可有效地降低弹推阈值.当耦合脉冲强度低于弹推阈值时,电子最终被脉冲超过,但无论对初始时刻静止的电子还是运动的电子,能量增益均不为0,且随注入能量的提高而迅速地增加.当耦合脉冲强度高于弹推阈值时,电子最终超过脉冲而获得很高的能量增益,其值远远高于均匀等离子体的情况.在入射相同能量的情况下,耦合光会使电子获得更高的能量增益.

Compton散射对斜入射激光脉冲在等离子体中传输的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和等效折射指数模型,研究了Compton散射对斜入射激光脉冲在等离子体中传输特性的影响,提出了将入射光和Compton散射光形成的耦合光脉冲作为在等离子体中传输的新机制,用等效耦合折射指数和折射定律分别计算和数值模拟了等离子体中耦合光的反射和折射,结果表明,散射使等离子体中法拉第效应增强,产生了一个与折射界面平行的、较小等幅度附加折射波平面;使等效耦合折射指数的实部和虚部的实参数、折射角和等效折射指数之间的差异明显减小;使用等效耦合折射指数和折射定所得到的反射系数几乎均表现出相同的先增大后迅速减小的规律;使等离子体的反射系数随碰撞频率的增大而迅速减小,透射增强,透射增强的频率位置向高频明显移动.

Compton散射下强激光等离子体空气冲击波波前的传输特性

根据球对称激光等离子体空气冲击波在自由空间中传输的约束条件,对多光子非线性Compton散射的强激光等离子体空气冲击波波前的传输特性进行了研究,给出了散射下空气冲击波波前的运动方程,并进行了数值模拟。结果表明:该冲击波的衰减过程不仅与爆炸源和爆炸过程的特性、释放总能量、空气的弹性有关,而且还与散射有关,散射效应使冲击波的初始半径增大,衰减过程加快,能量转移率提高;数值模拟与实验结果符合得很好。

Compton散射下等离子体中的离子加速

应用电子与多光子集团非线性Compton散射模型,将入射和散射光作为离子的传输机制,研究了Compton散射下多束相干强耦合激光等离子体中离子的运动,给出了相对论离子动力学方程,并进行了数值模拟。研究发现,散射使光的传播速度减小,系统的矢势和标势增大,由入射和散射光形成的多束相干强耦合激光能使质子加速到5.40GeV的能量,而耦合轴向电场在其中起着关键作用。

Compton散射下激光等离子体纵波色散特性

应用电子与多光子集团非线性Compton散射模型,研究了Compton散射下激光等离子体纵波色散特性.结果表明:长波支纵色散曲线由解析上的长波、数值计算结果和短波组成,长波支和短波支纵色散均随相对论正负电子对特征温度的增大而增大,随Compton散射引起的频率的增量的增大而降低,且单温激光等离子体的色散曲线与散射前的双温等离子体的色散曲线相似.

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散射对激光等离子体中光场和电子密度分布的影响

应用电子和多光子集团非弹性碰撞模型和冷等离子体模型,研究了飞秒强激光与线性等离子体发生多光子非线性Compton散射时,散射激光与入射激光形成的飞秒耦合激光场对线性等离子体层中光场和电子密度分布的影响。研究发现,在耦合激光的有质动力作用下,电子密度分布和离子密度分布比Compton散射前的偏离更加严重,电子密度的变化比离子密度的变化更快,产生的静电场更强。即使耦合激光场非常弱,电子的运动仍表现出相对论效应,仍有静电场存在。

Compton散射下强激光等离子体的辐射阻尼效应

为了研究Compton散射对强激光等离子体中辐射阻尼效应的影响,采用多光子非线性Compton散射模型、相对论理论和洛伦兹变换方法,对Compton散射对不同极化激光在等离子体中产生辐射阻尼效应的影响进行了理论分析和数值计算。提出了将Compton散射光作为等离子体产生辐射阻尼效应的新机制,给出了辐射阻尼满足的修正方程。结果表明,Compton散射使等离子体辐射阻尼效应对电子运动产生重要作用的几率增大,这主要是由于产生这种作用所需的入射激光强度降低,从而使电子频率增大、电场耦合频率增大的缘故。多光子非线性Compton散射光是产生和提高等离子体辐射阻尼效应的一个重要机制。

Compton散射下等离子体中电子相轨道的演化

用KMR模型研究了等离子体中多光子非线性Compton散射下电子相轨道的演化,发现电子与光子进行能量交换后,只有未被俘获电子的相轨道才能从周期性向非周期性、随机型演化,其演化剧烈程度随电子吸收光子数的增大而加剧,随电子与光子碰撞非弹性成分和碰撞前初始速度的增大而迅速减弱,但低于强激光场中的剧烈程度。当电子被光场俘获时,这种演化过程结束并做稳定的运动,光子不再为电子提供能量。

Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响

应用相对论理论和多光子非线性Compton散射模型,研究了Compton散射对短脉冲强激光在次临界等离子体中自聚焦的影响,提出了将入射光和Compton散射光作为形成激光自聚焦的新机制,给出了三级电流密度满足的修正方程,并进行了数值模拟。结果表明,相对论效应使等离子体中的短脉冲强激光自聚焦趋势减缓,而散射则加速了自聚焦的发展,总自聚焦趋势比无相对论时来得快一些,主要原因是由于散射光和入射光形成的耦合光频率较入射光频率增大,散射效应补偿了因相对论效应引起的自聚焦减缓效应的缘故。

Compton散射对未磁化等离子体调制不稳定性的影响

为了研究Compton散射对未磁化等离子体调制不稳定性的影响,采用多光子非线性Compton散射模型,对Compton散射下的未磁化等离子体调制不稳定性进行了理论分析和实验验证,取得了散射对调制不稳定性的时间增长率、非线性色散和控制影响的重要数据,提出了将入射光和Compton散射光作为形成调制不稳定性的新机制。结果表明,Compton散射使未磁化等离子体的自调制不稳定性的最大时间增长率和激光自聚焦较散射前减小,等离子体截面附近处调制不稳定性的时间增长率较散射前增大。

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。

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散射下的强激光等离子体冲击波对固体的热烧蚀效应

应用多光子非线性Compton散射理论，研究了Compton散射下的强激光等离子体冲击波对固体的热烧蚀效应，给出了冲击波功率密度与靶材熔化温度及沸腾温度与加热时间的表达式，得到了冲击波照射靶材烧蚀孔的最佳实验条件。结果表明：固体的生热率提高，温度分布发生变化，作用点达到熔化和沸腾温度所需时间和功率比无散射时小。当冲击波能量为250J，到靶面的距离为70～80mm时，对靶材烧蚀孔的效果较好。当时间为1．2～3．6ms，到靶面的距离为28～80mm时，烧蚀效果较好；当能量密度为400～2800J·cm^-2时，烧蚀深度成较差的线性增加，功率密度与烧蚀斑尺寸近乎成反比。

Compton散射对等离子体MI基态增益谱的影响

应用多光子非线性Compton散射模型和非线性薛定谔方程,研究了多光子非线性Compton散射对等离子体中调制不稳定性基态增益谱的影响,提出了将入射光和Compton散射光作为产生调制不稳定性的新机制,给出了微扰的功率增益表达式,并进行了数值模拟。结果表明,入射光和Compton散射光共同决定了调制不稳定性的基态增益,Compton散射使扰动信号的功率和频率增大,从而使增益谱对应的频率范围和增益峰值增大。

Compton散射对等离子体零色散附近调制不稳定性的影响

应用Compton散射模型和非线性Schrdinger方程,研究了Compton散射对等离子体零色散附近调制不稳定性的影响,提出了将Compton散射作为形成调制不稳定性的新机制,给出了等离子体修正色散方程,并进行了数值计算.结果表明:二阶色散较大时,远离零色散附近调制不稳定性增益谱由入射和散射光产生的二阶色散决定,随二阶色散增大,四阶色散作用迅速减小,这是因散射效应有效削弱了四阶效应的缘故.零色散附近调制不稳定性增益谱由入射和散射光产生的四阶色散决定,二阶色散被湮灭,微扰频率最大值向临界微扰频率较快靠近,这是因散射效应有效增强了四阶效应的缘故.增益谱宽随等离子体损耗增大而迅速增大,这是因功率增大使散射效应增强,导致带电粒子辐射阻尼增强的缘故.

Compton散射下强激光等离子体波前在固体中的传输特性

从多粒子系统量子力学理论出发,应用电子与多光子集团非弹性碰撞模型,研究了固体中形成的激光等离子体中的电子与入射光发生多光子非线性Compton散射下,散射光与入射光、电子振荡辐射波、离子的长光学横波的高频支形成的耦合等离子体波前的传输特性。结果表明,固体中激光等离子体电磁耦合声子的传播速度随磁场强度的增强、电子屏蔽作用的减弱及等离子体振荡频率的减小而变大,而散射光却使电磁耦合声子传播速度的这种增长效应降低,它随时间的增加也较缓慢地降低。

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。