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电子在激光驻波场中运动产生的太赫兹及X射线辐射研究

朱卫卫 张秋菊 张延惠 焦扬

电子在激光驻波场中运动产生的太赫兹及X射线辐射研究

朱卫卫, 张秋菊, 张延惠, 焦扬
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  • 采用单电子模型和经典辐射理论分别对低能和高能电子在线偏振激光驻波场中的运动和辐射过程进行了研究. 结果表明: 垂直于激光电场方向入射的低速电子在激光驻波场中随着光强的增大, 逐渐从一维近周期运动演变为二维折叠运动, 并产生强的微米量级波长的太赫兹辐射; 高能电子垂直或者平行于激光电场方向入射到激光驻波场中, 都会产生波长在几个纳米的高频辐射; 低能电子与激光驻波场作用中, 激光强度影响着电子的运动形式、辐射频率以及辐射强度; 高能电子入射时, 激光强度影响了电子高频辐射的强度, 电子初始能量影响着辐射的频率; 电子能量越高, 产生的辐射频率越大. 研究表明可以由激光加速电子的方式得到不同能量的电子束, 并利用电子束在激光驻波场的辐射使之成为太赫兹和X射线波段的小型辐射源. 研究结果可以为实验研究和利用激光驻波场中的电子辐射提供依据.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11104168)和山东省自然科学基金(批准号:ZR2014AM030)资助的课题.
    [1]

    Pogorelsky I V, Ben-Zvi I, Hirose T, Kashiwagi S, Yakimenkol V, Kuschel K, Siddonsl P, Skaritkal J, Kumita T, Tsunemi A, Omori T, Urakawa T, Washio M, Yokoya K, Okugi T, Liu Y, He P, Cline D 2000 Phys. Rev. ST Accel. Beams 3 090702

    [2]

    Hentschel M, Kienberger R, Spielmann C, Reider G A, Milosevie N, Brabec T, Corkum P, Heinzmann U, Drescher M, Krausz F 2001 Nature 414 509

    [3]

    Tian Y W, Yu W, He F, Xu H, Senecha V, Deng D, Wang Y, Li R, Xu Z Z 2006 Phys. Plasmas 13 123106

    [4]

    Lee K, Cha Y H, Shin M S, Kim B H, Kim D 2003 Phys. Rev. E 67 026502

    [5]

    Yu W, Li B W, Yu M Y, He F, Ishiguro S, Horiuchi R 2005 Phys. Plasmas 12 103101

    [6]

    Tian Y W, Yu W, Lu P X, Senecha V, Cang Y, Xu H, Deng D G, Li R X, Xu Z Z 2006 Opt. Commun. 261 104

    [7]

    Wu H C, Meyer-ter-Vehn J, Fernández J, Hegelich B M 2010 Phys. Rev. Lett. 104 234801

    [8]

    Wu H C, Meyer-ter-Vehn J, Hegelich B M, Fernández J 2011 Phys. Rev. ST Accel. Beams 14 070702

    [9]

    Wu H C, Meyer-ter-Vehn J 2012 Nature 6 304

    [10]

    Zhang Q J, Yu W, Luan S X, Ma G J 2012 Chin. Phys. B 21 013403

    [11]

    He F, Yu W, Lu P X, Xu H, Qian L J, Shen B F, Yuan X, Li R X, Xu Z Z 2003 Phys. Rev. E 68 046407

    [12]

    Yan C Y, Zhang Q J, Luo M H 2011 Acta Phys. Sin. 60 035202 (in Chinese) [闫春燕, 张秋菊, 罗牧华 2011 物理学报 60 035202]

    [13]

    Bai Y L, Zhang Q J, Tian M, Cui C H 2013 Acta Phys. Sin. 62 125206 (in Chinese) [白易灵, 张秋菊, 田密, 崔春红 2013 物理学报 62 125206]

    [14]

    Paul G 1997 IEEE J. Quantum Electron. 33 1915

    [15]

    Jackson J D 1975 Classical Electrodynamics (New York: Wiley) p241

  • [1]

    Pogorelsky I V, Ben-Zvi I, Hirose T, Kashiwagi S, Yakimenkol V, Kuschel K, Siddonsl P, Skaritkal J, Kumita T, Tsunemi A, Omori T, Urakawa T, Washio M, Yokoya K, Okugi T, Liu Y, He P, Cline D 2000 Phys. Rev. ST Accel. Beams 3 090702

    [2]

    Hentschel M, Kienberger R, Spielmann C, Reider G A, Milosevie N, Brabec T, Corkum P, Heinzmann U, Drescher M, Krausz F 2001 Nature 414 509

    [3]

    Tian Y W, Yu W, He F, Xu H, Senecha V, Deng D, Wang Y, Li R, Xu Z Z 2006 Phys. Plasmas 13 123106

    [4]

    Lee K, Cha Y H, Shin M S, Kim B H, Kim D 2003 Phys. Rev. E 67 026502

    [5]

    Yu W, Li B W, Yu M Y, He F, Ishiguro S, Horiuchi R 2005 Phys. Plasmas 12 103101

    [6]

    Tian Y W, Yu W, Lu P X, Senecha V, Cang Y, Xu H, Deng D G, Li R X, Xu Z Z 2006 Opt. Commun. 261 104

    [7]

    Wu H C, Meyer-ter-Vehn J, Fernández J, Hegelich B M 2010 Phys. Rev. Lett. 104 234801

    [8]

    Wu H C, Meyer-ter-Vehn J, Hegelich B M, Fernández J 2011 Phys. Rev. ST Accel. Beams 14 070702

    [9]

    Wu H C, Meyer-ter-Vehn J 2012 Nature 6 304

    [10]

    Zhang Q J, Yu W, Luan S X, Ma G J 2012 Chin. Phys. B 21 013403

    [11]

    He F, Yu W, Lu P X, Xu H, Qian L J, Shen B F, Yuan X, Li R X, Xu Z Z 2003 Phys. Rev. E 68 046407

    [12]

    Yan C Y, Zhang Q J, Luo M H 2011 Acta Phys. Sin. 60 035202 (in Chinese) [闫春燕, 张秋菊, 罗牧华 2011 物理学报 60 035202]

    [13]

    Bai Y L, Zhang Q J, Tian M, Cui C H 2013 Acta Phys. Sin. 62 125206 (in Chinese) [白易灵, 张秋菊, 田密, 崔春红 2013 物理学报 62 125206]

    [14]

    Paul G 1997 IEEE J. Quantum Electron. 33 1915

    [15]

    Jackson J D 1975 Classical Electrodynamics (New York: Wiley) p241

  • [1] 王伟民, 张亮亮, 李玉同, 盛政明, 张杰. 激光在大气中驱动的强太赫兹辐射的理论和实验研究. 物理学报, 2018, 67(12): 124202. doi: 10.7498/aps.67.20180564
    [2] 张铠云, 杜海伟, 陈民, 盛政明. 基于光场离化电流机制产生强太赫兹辐射的参数优化研究. 物理学报, 2012, 61(16): 160701. doi: 10.7498/aps.61.160701
    [3] 钟凯, 姚建铨, 徐德刚, 张会云, 王鹏. 级联差频产生太赫兹辐射的理论研究. 物理学报, 2011, 60(3): 034210. doi: 10.7498/aps.60.034210
    [4] 赵 刚, 王 薇, 张 杰. 吸积盘的X射线辐射对周围星际物质的离化研究. 物理学报, 2006, 55(1): 287-293. doi: 10.7498/aps.55.287
    [5] 李雪峰, 刘红军, 黄楠, 夏彩鹏. 增益饱和对光学差频产生太赫兹辐射的功率和稳定性的影响. 物理学报, 2009, 58(12): 8326-8331. doi: 10.7498/aps.58.8326
    [6] 杨谟华, 谭开洲, 徐世六, 张正璠, 刘玉奎, 钟 怡, 胡刚毅, 何开全. 一种N沟VDMOS电离辐射界面陷阱电流传导性研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1872-1877. doi: 10.7498/aps.57.1872
    [7] 郑春兰, 李同保, 马 艳, 马珊珊, 张宝武. 激光驻波场中Cr原子运动轨迹与汇聚沉积的分析. 物理学报, 2006, 55(9): 4528-4534. doi: 10.7498/aps.55.4528
    [8] 张文涛, 朱保华, 熊显名. 中性钠原子在激光驻波场中的运动特性研究. 物理学报, 2011, 60(3): 033201. doi: 10.7498/aps.60.033201
    [9] 黄静, 张文涛, 朱保华, 熊显名. 原子运动速度对激光驻波场作用下纳米光栅沉积特性的影响. 物理学报, 2011, 60(6): 063202. doi: 10.7498/aps.60.063202
    [10] 李晓璐, 白亚, 刘鹏. 激光等离子体光丝中太赫兹频谱的调控. 物理学报, 2020, 69(2): 024205. doi: 10.7498/aps.69.20191200
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-11-04
  • 修回日期:  2014-12-16
  • 刊出日期:  2015-06-20

电子在激光驻波场中运动产生的太赫兹及X射线辐射研究

  • 1. 山东师范大学物理与电子科学学院, 济南 250014
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11104168)和山东省自然科学基金(批准号:ZR2014AM030)资助的课题.

摘要: 采用单电子模型和经典辐射理论分别对低能和高能电子在线偏振激光驻波场中的运动和辐射过程进行了研究. 结果表明: 垂直于激光电场方向入射的低速电子在激光驻波场中随着光强的增大, 逐渐从一维近周期运动演变为二维折叠运动, 并产生强的微米量级波长的太赫兹辐射; 高能电子垂直或者平行于激光电场方向入射到激光驻波场中, 都会产生波长在几个纳米的高频辐射; 低能电子与激光驻波场作用中, 激光强度影响着电子的运动形式、辐射频率以及辐射强度; 高能电子入射时, 激光强度影响了电子高频辐射的强度, 电子初始能量影响着辐射的频率; 电子能量越高, 产生的辐射频率越大. 研究表明可以由激光加速电子的方式得到不同能量的电子束, 并利用电子束在激光驻波场的辐射使之成为太赫兹和X射线波段的小型辐射源. 研究结果可以为实验研究和利用激光驻波场中的电子辐射提供依据.

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