超相对论激光与固体靶作用中等离子体动力学行为与超短波长相干辐射的产生

超相对论强激光与固体靶作用有望获得硬X射线甚至 gamma射线范围更高强度的相干辐射，是目前很有希望产生桌面尺度的高亮度的超短波长阿秒脉冲的相干辐射源。本项目拟从理论和数值模拟研究超相对论激光与固体靶作用中的等离子体的动力学行为和超短波长相干辐射的产生，探索超相对论范围激光和等离子体相互作用中电子和离子运动和辐射的新规律，研究光子能量在Kev以上范围的更高亮度的超短相干辐射的产生，研究利用组合激光场含时偏振方法对等离子体表面动力学以及阿秒X射线脉冲的产生进行控制的问题。该课题交叉融合目前产生高次谐波以及阿秒脉冲的现有成果以及新的发展动向，研究强光在高能量密度条件下与物质作用中相干辐射的新规律，无疑具有重要意义，有望取得新的发现和突破，并在新型辐射源、激光操控、以及阿秒探测等方面有潜在的应用前景。

本项目主要从理论和数值模拟方面对相对论及超相对论强度激光与固体靶、薄膜靶以及电子束作用获得的X射线辐射及光子能量在Kev以上范围的更高亮度超短相干辐射的产生进行了研究。.1..用一维粒子模拟对相对论和超相对论强度范围激光与高密度靶作用中利用含时偏振方法产生的单个阿秒脉冲进行了研究。在超相对论光强范围,离子运动的影响变得重要,从而影响到阿秒脉冲的转化效率。我们比较了不同靶材料对阿秒脉冲产生的影响，重靶材料能够得到转化效率更高的阿秒脉冲。同步提高驱动脉冲和控制脉冲的振幅, 并相应提高靶密度，使得振荡电子束的数密度大幅提高，阿秒脉冲的转换效率增大。目前，激光技术的发展使得激光强度达到了 ，甚至有望达到 ,与之相匹配的高密度靶材料密度能否达到要求则会制约该方法下产生单个阿秒脉冲的强度。.2.利用一维粒子模拟对功率密度在 以上的超强激光驱动薄膜靶产生的相对论电子层及其经过汤姆逊散射产生的阿秒X射线进行了研究。驱动激光强度、等离子体靶密度及厚度都影响到电子层的运动速度和X射线辐射波长。增大驱动激光强度,适度减小等离子体密度及厚度可使电子层获得更高速度,从而使汤姆逊散射得到的散射光向更短波长移动。探测光强度会影响得到的X射线阿秒脉冲强度。倍频探测光方案可以使得到的X射线相干辐射波长明显减小,模拟得到了0.4nm以下的X射线阿秒脉冲,产生的光子能量达到2keV以上。. 3、采用相对论Lorentz方程，研究了电子在线极化相对论激光驻波场中受到有质动力激发的运动、能量变化以及辐射研究。平行于激光电场方向入射的电子在高强度驻波场中会发生非弹性散射，电子与场会发生能量交换，从而产生较大的电子能量增益。电子与驻波作用情况与相对能量密切相关，有质动力逆转效应并不是电子在驻波场内运动的普遍效应，只有电子相对能量在一定取值范围内才可能存在有质动力逆转效应。两束相向运动的激光复合而成的驻波场具有周期性结构，电子在驻波场中的运动表现出规律行为。低速入射电子在激光驻波场中随着光强的增大逐渐从单方向的一维俘获运动演变为两个方向的二维俘获运动模式，并伴随强的T赫兹辐射的产生。高能入射电子在激光驻波场中表现为X射线波段的单色性好的高频辐射。电子与激光驻波场的作用情况随着作用参数的不同有着丰富的结果，具有可调性。这可为实验研究和利用激光驻波场作为激光摇摆器产生电子高能辐射以及太赫兹辐射提供依据。