初始位相對(duì)圓偏振激光脈沖與電子對(duì)撞運(yùn)動(dòng)軌跡的影響

鄧佳麗 劉德寧 顧知遙 任山令

摘 ?要：通過理論推導(dǎo)出全時(shí)間運(yùn)動(dòng)方程以及高能電子全空間運(yùn)動(dòng)方程，研究激光脈沖初始位相對(duì)高能電子運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。模擬周期量級(jí)激光脈沖同步輻射電子運(yùn)動(dòng)過程，通過改變激光脈沖的初始位相，可以得出不同初始位相對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡的影響很小，可以基本忽略，進(jìn)而為研究初始位相對(duì)激光脈沖與高能電子對(duì)撞輻射特性的影響提供了有力支持。

關(guān)鍵詞：激光脈沖;高能電子;初始位相;運(yùn)動(dòng)軌跡

中圖分類號(hào)：TN249 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）02-0021-02

Abstract： Through the theory， the full-time motion equation and the high-energy electron space motion equation are derived， and the influence of the initial position of the laser pulse on the relatively high-energy electron trajectory is studied. By simulating the periodic motion laser pulse synchronous radiation electron motion process， by changing the initial phase of the laser pulse， it can be concluded that the influence of different initial positions on the trajectory of the electron is small and almost negligible， in order to further study the initial high-energy electrons of the laser pulse. The effects of radiation characteristics provide strong support.

Keywords： laser pulse; high energy electron; initial phase; motion trajectory

引言

近些年以來，由于高能量的超短激光脈沖技術(shù)的出現(xiàn)[1]，使得通過高強(qiáng)度聚焦的方法可以將輻射照度增大至1019Wcm2甚至更大。電子在強(qiáng)激光領(lǐng)域里的運(yùn)動(dòng)具有高度相對(duì)性，這導(dǎo)致了在許多非線性散射過程中產(chǎn)生了非線性的效應(yīng)[2]。電子運(yùn)動(dòng)軌跡適應(yīng)相對(duì)論性多普勒效應(yīng)，同時(shí)相對(duì)論電子產(chǎn)生的輻射也依據(jù)相對(duì)論性多普勒效應(yīng)頻繁高速改變，因此可進(jìn)一步研究電子輻射特性。

另外，正如其他人所討論的一樣，電子的初始狀態(tài)如：電子射入激光場(chǎng)的初始位置和初始時(shí)間，會(huì)明顯地影響電子的運(yùn)動(dòng)。之前大多數(shù)的研究工作均針對(duì)連續(xù)的平面波散射或者多周期激光脈沖散射，研究結(jié)果顯示：不同的初始位相條件下多周期激光脈沖或連續(xù)平面波的電子輻射特性沒有區(qū)別[3]。然而，人們并沒有過多地關(guān)注激光脈沖與高能電子對(duì)撞時(shí)電子的空間立體特性，因此本文通過模擬周期量級(jí)強(qiáng)激光脈沖同步輻射電子運(yùn)動(dòng)過程，推導(dǎo)得出在對(duì)撞過程中電子的運(yùn)動(dòng)和能量方程，計(jì)算電子的相對(duì)論運(yùn)動(dòng)方程，確定對(duì)撞過程電子運(yùn)動(dòng)的軌跡，為電子輻射特性進(jìn)一步開展做好準(zhǔn)備。

為了進(jìn)一步探究不同初始位相條件下激光脈沖對(duì)電子徑向最大偏移量的影響，我們模擬得出電子徑向最大偏移量與激光初始位相的關(guān)系，如圖2所示，從圖中我們可以看到電子最大徑向偏移量隨著激光初始位相呈周期性變化，且周期為π，當(dāng)激光初始位相為π時(shí)電子的最大偏移量達(dá)到最大，為0.159866，而當(dāng)激光初始位相為π/2時(shí)，電子的最大偏移量達(dá)到最小，為0.1587475，差值幾乎可以忽略。

同樣我們計(jì)算得到了電子達(dá)到縱向偏移峰值時(shí)在傳播軸的位置與激光初始位相的關(guān)系，如圖3所示，從圖中我們可以分析得到，與圖2相似的是，他們均與激光的初始位相呈周期性變化，周期為π，不同的是Z軸的位置在一個(gè)周期內(nèi)隨位相單調(diào)遞減，并且在π/2與3π/2處發(fā)生跳變，且由于最大值0.0029587，最小值 0.0018425，因此差值也可以忽略不計(jì)。

3 結(jié)論分析

本文探究了周期量級(jí)圓偏振激光脈沖在不同初始位相下，與高能電子進(jìn)行對(duì)撞時(shí)對(duì)高能電子運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。結(jié)論顯示，激光脈沖與電子對(duì)撞時(shí)，電子整體呈螺旋形結(jié)構(gòu)在空間中運(yùn)動(dòng)，且高能電子運(yùn)動(dòng)軌跡僅發(fā)生了最大縱向偏移量的改變以及位相的偏移。由于這兩種改變量均極小，因此激光脈沖的初始位相對(duì)電子運(yùn)動(dòng)軌跡的影響基本可以忽略不計(jì)。這為進(jìn)一步研究激光脈沖初始位相對(duì)高能電子輻射特性的影響提供了有力支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆春燕，張秋菊，羅牧華.激光與相對(duì)論電子束相互作用中阿秒X射線脈沖的產(chǎn)生[J].物理學(xué)報(bào)，2011，60（03）：397-403.

[2]盧孟春，劉國躍.Petawatt激光與應(yīng)用[J].四川師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002（01）：81-83.

[3]肖耀宗，王子豪，郅佳琳，等.通過控制激光脈沖振幅以獲得準(zhǔn)直高能電子束[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（13）：122.

[4]田友偉，余瑋，陸培祥，等.緊聚焦的超短超強(qiáng)激光脈沖在真空中加速斜入射的相對(duì)論電子[J].物理學(xué)報(bào)，2005，54（9）：4208-4212.