多模組合的TEM（1，0）+TEM（0，1）型激光場(chǎng)中電子俘獲加速的研究.pdf

1、隨著強(qiáng)激光技術(shù)的飛速發(fā)展，利用激光的超強(qiáng)電磁場(chǎng)加速帶電粒子，并據(jù)此發(fā)展新一代小型化高能電子加速器的相關(guān)研究受到了人們的普遍關(guān)注。我們課題組在對(duì)強(qiáng)激光中電子動(dòng)力學(xué)的研究基礎(chǔ)上提出了一種新型的真空激光加速電子機(jī)制——俘獲加速機(jī)制(CAS：Capture and Acceleration Scenario)。CAS的物理原理是：真空中傳播的聚焦激光場(chǎng)中存在光場(chǎng)相速度小于真空光速的區(qū)域，其與強(qiáng)的縱向電場(chǎng)的重疊區(qū)形成了一個(gè)天然的加速通道。相對(duì)論電

2、子以一定條件入射到這個(gè)通道中，電子有可能感受到很小的相滑移，并保持在加速相中持續(xù)地被縱向電場(chǎng)同步加速，獲得很高的能量。以前我們組的研究主要是基于高斯型TEM(0，0)模激光場(chǎng)展開(kāi)的。由于TEM(0，0)模激光場(chǎng)的有質(zhì)動(dòng)力勢(shì)橫向分布是高斯型的，其峰值位置處于光束中心，從而導(dǎo)致了電子的橫向散射問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文探討高階模式的激光場(chǎng)，重點(diǎn)是TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光場(chǎng)。TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光場(chǎng)對(duì)應(yīng)的有

3、質(zhì)動(dòng)力勢(shì)徑向分布呈環(huán)狀山谷型，其峰值位于0.707w(z)處，其中w(z)為激光光束的腰寬。這樣電子在中心區(qū)域所受的橫向有質(zhì)動(dòng)力指向光軸，因此可以被很好的約束在光場(chǎng)中央?yún)^(qū)域。與此同時(shí)，光場(chǎng)的縱向電場(chǎng)力可以對(duì)電子進(jìn)行猛烈的加速。基于TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光的有質(zhì)動(dòng)力加速機(jī)制，已有人從理論上探討過(guò)。而本文則致力于將其用于電子俘獲加速機(jī)制，探討在此激光場(chǎng)實(shí)現(xiàn)CAS加速的可行性及其特征。 本論文首先研究了TEM(1，0)

4、+TEM(0，1)模激光場(chǎng)的相速度分布，發(fā)現(xiàn)在沿x方向極化的TEM(1，0)模激光與亦沿x方向極化的相位差π/2的TEM(0，1)模激光相疊加(頻率相同)所構(gòu)成的TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光在光場(chǎng)中心區(qū)存在相速度小于真空光速的區(qū)域，這一區(qū)域同時(shí)存在強(qiáng)的縱向電場(chǎng)，形成加速通道，從而使電子有可能在被徑向約束的同時(shí)實(shí)現(xiàn)俘獲加速。 通過(guò)三維的數(shù)值模擬計(jì)算，我們探討了將電子入射到這一低相速度區(qū)并實(shí)現(xiàn)同步俘獲加速的條件。發(fā)現(xiàn)如果

5、相對(duì)論電子束以一個(gè)小角度入射到激光場(chǎng)中，較容易實(shí)現(xiàn)CAS俘獲加速。同時(shí)較之傳統(tǒng)的TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光的有質(zhì)動(dòng)力加速機(jī)制，上述方案有一系列的優(yōu)點(diǎn)。 通過(guò)計(jì)算，我們還發(fā)現(xiàn)由于TEM(1，0)+TEM(0，1)模激光場(chǎng)徑向力對(duì)電子的約束作用，可以使出射電子具有較小的出射角和空間彌散度；本文還指出由于TEM(1，0)+T'EM(0，1)模激光場(chǎng)特殊的低相速度區(qū)分布，電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有可能經(jīng)過(guò)兩個(gè)低相速度區(qū)，經(jīng)歷兩次加