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激光等离子体相互作用中的非线性Thomson散射

作　者: 赵诗华
导　师: 李英骏
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 流体力学
关键词: 矢势变换非线性Thomson散射谐波辐射生成函数
分类号: O441.4
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

利用哈密顿-雅科比方法,完整求解了平面电磁波中的电子运动方程。并对于给定的矢势,给出电子运动方程的精确解。利用电子运动方程的精确解,在电子平均静止坐标系求得谐波辐射平均功率的角分布。得到谐波振幅的生成函数f(ρ0,ρ,ψ,t),其按照变量t的罗朗展开的系数αm(ρ0,p,ψ)是谐波振幅的基本组成部分。αm(ρ0,ρ,ψ)被表示为激光强度和偏振以及观测方向等物理量的函数,在数学上是一类新的特殊函数。系统分析了函数αm(ρ0,ρ,ψ)的表示和性质以及各类特殊无穷求和中的整体性质和行为。计算得到在电子初始静止系和电子与激光场对撞的实验室系内谐波辐射功率的角分布。在其他条件保持不变,偏振度变化时,讨论了背向Thomson散射谐波功率的极值问题。对最重要的基频背向Thomson散射情形,证明了其最大值为圆偏振入射场,最小值为线偏振入射场,并给出其表示。运用相对论和规范变换等方法,系统讨论了经典电磁场理论的对称性,指出某些文献中方法与结论之错误。

全文目录

摘要  5
Abstract  5-6
详细摘要  6-10
Detailed Abstract  10-16
1 绪论  16-34
  1.1 研究意义  16-17
  1.2 脉冲功率的提升  17-22
    1.2.1 台式激光器发展简介  17-18
    1.2.2 CPA原理  18-22
  1.3 强激光场诱导带电粒子辐射研究进展  22-32
    1.3.1 高次谐波产生  23-27
    1.3.2 辐射主导区内带电粒子与电磁波的相互作用  27-29
    1.3.3 Unruh辐射与广义相对论检验  29-31
    1.3.4 辐射应用前景  31-32
  1.4 研究内容和方案以及本工作的意义  32-34
2 电子运动方程  34-46
  2.1 哈密顿-雅可比方法  34-36
  2.2 电子初始静止参照系  36-38
  2.3 平均静止参照系  38-39
  2.4 实验室参照系  39-40
  2.5 洛仑兹不变量  40-41
  2.6 任意椭圆偏振激光场情形  41-46
3 谐波辐射振幅生成函数及其性质  46-66
  3.1 R系谐波的产生  46-47
  3.2 谐波振幅的计算  47-51
  3.3 R系圆偏振情形  51-52
  3.4 任意强度任意椭圆偏振谐波振幅的生成函数  52-54
  3.5 函数α_m(ρ_0,ρ,ψ)的性质与行为  54-62
  3.6 结论  62-66
4 电子初始静止系与实验室系中谐波辐射功率角分布  66-86
  4.1 e系谐波产生  66-69
  4.2 实验室系谐波产生  69-71
  4.3 背向非线性Thomson散射及其实验结果的对比分析  71-80
    4.3.1 背向Thomson散射  71-72
    4.3.2 非线性Thomson散射x射线产生实验概览  72-74
    4.3.3 与背向Thomson散射实验结果的对比分析  74-80
  4.4 背向非线性Thomson散射的极值问题  80-84
  4.5 忽略辐射反冲的条件  84-86
5 电磁相互作用的对称性  86-96
  5.1 引言  86
  5.2 麦克斯韦理论的对称性  86-92
    5.2.1 协变表述  86-88
    5.2.2 彭加勒对称性  88-90
    5.2.3 规范不变性  90-92
  5.3 伸缩变换的性质  92-94
    5.3.1 伸缩变换破坏彭加勒对称性  92-93
    5.3.2 伸缩变换破坏规范不变性  93-94
  5.4 结论  94-96
6 结论与展望  96-98
  6.1 结论  96
  6.2 展望  96-98
参考文献  98-105
致谢  105-106
作者简介  106

激光等离子体相互作用中的非线性Thomson散射

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