激光与相对论电子束相互作用中阿秒X射线脉冲的产生

闫春燕; 张秋菊; 罗牧华

doi:10.7498/aps.60.035202

摘要

本文对激光与相对论电子束相互作用产生的阿秒X射线脉冲进行了研究.阿秒X射线脉冲是由于激光被相对论运动的电子束经过汤姆孙后向散射产生的.讨论了等离子体参数对产生的阿秒X射线的影响.发现其波长随着入射激光的频率的增加或电子束的速度增加而减小.选择合适的参数还可以获得"水窗"波段的X射线.还讨论了相对论电子束的密度与其前沿的密度梯度的大小对所产生X射线的转化效率的影响.

关键词:

The attosecond X-ray pulse which is produced by the interaction between the laser pulse and the relativistic electrons is studied in this paper. The attosecond X-ray pulse is generated by Thomson backscattering from the relativistic electrons. It also discusses the effect of the plasma parameters on the attosecond X-ray. The wavelength of attosecond X-ray pulse becomes shorter when the frequency of the laser or the velocity of the relativistic electrons increases. We obtained the "water window" X-ray by selecting the appropriate laser and plasma parameters. This paper also discusses the effect of relativistic electrons density and density grad on the translation efficiency.

Keywords:

作者及机构信息

1.
山东师范大学物理与电子科学学院,济南 250014

基金项目: 山东省自然科学基金(批准号: ZR2009AQ009)资助的课题.

Authors and contacts

1.
College of Physics and Electronics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China

参考文献

[1]	Agostini P, DiMauro L F 2004 Rep. Prog. Phys. 67 813
[2]	Ivanov M Y, Kienberger R, Scrizi A, Villeneuve D M 2006 J. Phys. B 39 R1
[3]	Drescher M, Hentschel M, Kienberger R, Tempea G, Spielmann C, Reider G A, Corkum P B, Krausz F 2001 Science 291 1923
[4]	Hentschel M, Kienberger R, Spielmann C, Reider G A, Milosevic N, Brabec T, Corkum P, Heinzmann U, Drescher M, Krausz F 2001 Nature 414 509
[5]	Zeng Z N,Li R X,Xie X H,Xu Z Z 2004 Acta Phys.Sin.53 2316(in Chinese)[曾志男、李儒新、谢新华、徐至展 2004 物理学报53 2316]
[6]	Cao W, Lan P F, Lu P X 2007 Acta Phys.Sin.56 1608(in Chinese)[曹伟、兰鹏飞、陆培祥 2007物理学报56 1608]
[7]	Wang Q,Chen J X, Xia Y Q, Chen D Y 2003 Chin. Phys. 12 524
[8]	Ye X L, Zhou X X, Zhao S F, Li P C 2009 Acta Phys.Sin.58 1579(in Chinese)[叶小亮、周效信、赵松峰、李鹏程 2009 物理学报 58 1579]
[9]	Gordienko S, Pukhov A 2005 Phys. Plasmas 12 043109
[10]	Lan P F , Lu P X,Cao W,Wang X L 2005 Phys.Rev.E 72 066501
[11]	Tan P F,Lu P X,Cao W,Wang X L 2006 Phys.Plasmas 13 013106
[12]	Zheng J,Sheng Z M,Zhang J,Wei Z Y,Yu W 2005 Acta Phys.Sin.54 1018(in Chinese)[郑君、盛政明、张杰、魏志义、余玮 2005 物理学报 54 1018]
[13]	Zhang P, Song Y R, Zhang Z G 2006 Acta Phys.Sin.55 6208(in Chinese)[张鹏、宋晏蓉、张志刚 2006 物理学报 55 6208]
[14]	Kaplan A K 1994 Phys.Rev.Lett.73 1243
[15]	Esarey E, Ride S K, Sprangle P 1993 Phys.Rev.E 48 3003
[16]	Ting A, Fischer R, Fisher A, Evans K, Burris R, Krall J, Esarey E, Sprangle P 1995 J. Appl. Phys. 78 575
[17]	Leemans W P, Schoenlein R W, Volfbeyn P, Chin A H, Glover T E, Balling P, Zolotorev M, Kim K J, Chattopadhyay S, Shank C V 1997 J. Quan. Elec. 33 1925
[18]	Kotaki H, Kando M, Dewa H, Kondo S, Watanabe T, Kinoshitia K, Yoshii K, Uesaka M, Nakajima K 2000 Proc. SPIE 3935 149
[19]	Pogorelsky I V, Ben-Zvi I, Hirose T, Kashiwagi S, Yakimenko1 V, Kusche1 K, Siddons1 P, Skaritka1 J, Kumita T, Tsunemi A, Omori T, Urakawa J, Washio M, Yokoya K, Okugi T, Liu Y, He P, Cline D 2000 Phys.Rev.ST Accel.Beams 3 090702
[20]	Zheng J,Sheng Z M,Zhang J 2005 Acta Phys.Sin.54 2638 (in Chinese)[郑君、盛政明、张杰 2005 物理学报 54 2638]
[21]	Uesaka M, Kotaki H, Nakajima K, Harano H, Kinoshita K, Watanabe T, Ueda T, Yoshii K, Kadno M, Dewa H, Kondo S, Sakai F 2000 Nucl.Instrum. Methods Phys. Res. A 455 90
[22]	Li Y, Huang Z, Borland M D, Milton S 2003 Phys.Rev.ST Accel.Beams 5 044701
[23]	Anderson S G, Barty C P J, Betts S M, Brown W J, Crane J K, Cross R R, Fittinghoff D N, Gibson D J, Hartemann F V, Kuba J, Lesage G P, Rosenzweig J B, Slaughter D R, Springer D T, Tremaine A M 2004 Appl. Phys. B 78 891
[24]	Gao J 2004 Phys.Rev.Lett.93 243001
[25]	Meyer-ter-Vehn J, Wu H C 2008 Physics. Plasm-ph 3 0710
[26]	Sarachik E S, Schappert G T 1970 Phys.Rev.D 1 2738
[27]	Schoenlein R W, Leemans W P, Chin A H, Volfbeyn P, Glover T E, Balling P, Zolotorev M, Kim K J, Chattopadhyay S, Shank C V 1996 Science 274 236
[28]	Yan C Y,Zhang Q J 2010 Acta Phys.Sin.59 0322(in Chinese) [闫春燕、张秋菊 2010 物理学报 59 0322]
[29]	Kulagin V V, Cherepenin V A, Hur M S, Suk H 2007 Phys.Rev.Lett.99 124801
[30]	Kulagin V V, Cherepenin V A, Gulyaev Y V, Kornienko V N, Pae K H, Valuev V V, Lee J, Suk H 2009 Phys.Rev.E 80 016404

施引文献

[1]	Agostini P, DiMauro L F 2004 Rep. Prog. Phys. 67 813
[2]	Ivanov M Y, Kienberger R, Scrizi A, Villeneuve D M 2006 J. Phys. B 39 R1
[3]	Drescher M, Hentschel M, Kienberger R, Tempea G, Spielmann C, Reider G A, Corkum P B, Krausz F 2001 Science 291 1923
[4]	Hentschel M, Kienberger R, Spielmann C, Reider G A, Milosevic N, Brabec T, Corkum P, Heinzmann U, Drescher M, Krausz F 2001 Nature 414 509
[5]	Zeng Z N,Li R X,Xie X H,Xu Z Z 2004 Acta Phys.Sin.53 2316(in Chinese)[曾志男、李儒新、谢新华、徐至展 2004 物理学报53 2316]
[6]	Cao W, Lan P F, Lu P X 2007 Acta Phys.Sin.56 1608(in Chinese)[曹伟、兰鹏飞、陆培祥 2007物理学报56 1608]
[7]	Wang Q,Chen J X, Xia Y Q, Chen D Y 2003 Chin. Phys. 12 524
[8]	Ye X L, Zhou X X, Zhao S F, Li P C 2009 Acta Phys.Sin.58 1579(in Chinese)[叶小亮、周效信、赵松峰、李鹏程 2009 物理学报 58 1579]
[9]	Gordienko S, Pukhov A 2005 Phys. Plasmas 12 043109
[10]	Lan P F , Lu P X,Cao W,Wang X L 2005 Phys.Rev.E 72 066501
[11]	Tan P F,Lu P X,Cao W,Wang X L 2006 Phys.Plasmas 13 013106
[12]	Zheng J,Sheng Z M,Zhang J,Wei Z Y,Yu W 2005 Acta Phys.Sin.54 1018(in Chinese)[郑君、盛政明、张杰、魏志义、余玮 2005 物理学报 54 1018]
[13]	Zhang P, Song Y R, Zhang Z G 2006 Acta Phys.Sin.55 6208(in Chinese)[张鹏、宋晏蓉、张志刚 2006 物理学报 55 6208]
[14]	Kaplan A K 1994 Phys.Rev.Lett.73 1243
[15]	Esarey E, Ride S K, Sprangle P 1993 Phys.Rev.E 48 3003
[16]	Ting A, Fischer R, Fisher A, Evans K, Burris R, Krall J, Esarey E, Sprangle P 1995 J. Appl. Phys. 78 575
[17]	Leemans W P, Schoenlein R W, Volfbeyn P, Chin A H, Glover T E, Balling P, Zolotorev M, Kim K J, Chattopadhyay S, Shank C V 1997 J. Quan. Elec. 33 1925
[18]	Kotaki H, Kando M, Dewa H, Kondo S, Watanabe T, Kinoshitia K, Yoshii K, Uesaka M, Nakajima K 2000 Proc. SPIE 3935 149
[19]	Pogorelsky I V, Ben-Zvi I, Hirose T, Kashiwagi S, Yakimenko1 V, Kusche1 K, Siddons1 P, Skaritka1 J, Kumita T, Tsunemi A, Omori T, Urakawa J, Washio M, Yokoya K, Okugi T, Liu Y, He P, Cline D 2000 Phys.Rev.ST Accel.Beams 3 090702
[20]	Zheng J,Sheng Z M,Zhang J 2005 Acta Phys.Sin.54 2638 (in Chinese)[郑君、盛政明、张杰 2005 物理学报 54 2638]
[21]	Uesaka M, Kotaki H, Nakajima K, Harano H, Kinoshita K, Watanabe T, Ueda T, Yoshii K, Kadno M, Dewa H, Kondo S, Sakai F 2000 Nucl.Instrum. Methods Phys. Res. A 455 90
[22]	Li Y, Huang Z, Borland M D, Milton S 2003 Phys.Rev.ST Accel.Beams 5 044701
[23]	Anderson S G, Barty C P J, Betts S M, Brown W J, Crane J K, Cross R R, Fittinghoff D N, Gibson D J, Hartemann F V, Kuba J, Lesage G P, Rosenzweig J B, Slaughter D R, Springer D T, Tremaine A M 2004 Appl. Phys. B 78 891
[24]	Gao J 2004 Phys.Rev.Lett.93 243001
[25]	Meyer-ter-Vehn J, Wu H C 2008 Physics. Plasm-ph 3 0710
[26]	Sarachik E S, Schappert G T 1970 Phys.Rev.D 1 2738
[27]	Schoenlein R W, Leemans W P, Chin A H, Volfbeyn P, Glover T E, Balling P, Zolotorev M, Kim K J, Chattopadhyay S, Shank C V 1996 Science 274 236
[28]	Yan C Y,Zhang Q J 2010 Acta Phys.Sin.59 0322(in Chinese) [闫春燕、张秋菊 2010 物理学报 59 0322]
[29]	Kulagin V V, Cherepenin V A, Hur M S, Suk H 2007 Phys.Rev.Lett.99 124801
[30]	Kulagin V V, Cherepenin V A, Gulyaev Y V, Kornienko V N, Pae K H, Valuev V V, Lee J, Suk H 2009 Phys.Rev.E 80 016404

[1]	张凯林, 韩胜贤, 岳生俊, 刘作业, 胡碧涛. 强激光场对原子核α衰变的影响. 物理学报, 2024, 73(6): 062101. doi: 10.7498/aps.73.20231627
[2]	吉亮亮, 耿学松, 伍艺通, 沈百飞, 李儒新. 超强激光驱动的辐射反作用力效应与极化粒子加速. 物理学报, 2021, 70(8): 085203. doi: 10.7498/aps.70.20210091
[3]	张晓辉, 董克攻, 华剑飞, 朱斌, 谭放, 吴玉迟, 鲁巍, 谷渝秋. 相对论皮秒激光在低密度等离子体中直接加速的电子束的横向分布特征研究. 物理学报, 2019, 68(19): 195203. doi: 10.7498/aps.68.20191106
[4]	魏留磊, 蔡洪波, 张文帅, 田建民, 张恩浩, 熊俊, 朱少平. 超强激光与泡沫微结构靶相互作用提高强流电子束产额模拟研究. 物理学报, 2019, 68(9): 094101. doi: 10.7498/aps.68.20182291
[5]	蔡怀鹏, 高健, 李博原, 刘峰, 陈黎明, 远晓辉, 陈民, 盛政明, 张杰. 相对论圆偏振激光与固体靶作用产生高次谐波. 物理学报, 2018, 67(21): 214205. doi: 10.7498/aps.67.20181574
[6]	王少义, 谭放, 吴玉迟, 范全平, 矫金龙, 董克攻, 钱凤, 曹磊峰, 谷渝秋. 基于半解析自洽理论研究相对论激光脉冲驱动下阿秒X射线源的产生. 物理学报, 2017, 66(20): 204205. doi: 10.7498/aps.66.204205
[7]	李夏至, 邹德滨, 周泓宇, 张世杰, 赵娜, 余德尧, 卓红斌. 等离子体光栅靶的表面粗糙度对高次谐波产生的影响. 物理学报, 2017, 66(24): 244209. doi: 10.7498/aps.66.244209
[8]	邱基斯, 唐熊忻, 樊仲维, 陈艳中, 葛文琦, 王昊成, 刘昊. 用于汤姆孙散射诊断的高重频高光束质量焦耳级Nd:YAG纳秒激光器. 物理学报, 2016, 65(15): 154204. doi: 10.7498/aps.65.154204
[9]	尹传磊, 王伟民, 廖国前, 李梦超, 李玉同, 张杰. 超强圆偏振激光直接加速产生超高能量电子束. 物理学报, 2015, 64(14): 144102. doi: 10.7498/aps.64.144102
[10]	白易灵, 张秋菊, 田密, 崔春红. 超相对论强度激光与薄膜靶作用中0.4 nm以下X射线阿秒脉冲的产生. 物理学报, 2013, 62(12): 125206. doi: 10.7498/aps.62.125206
[11]	苏东, 唐昌建. 相对论电子束在动态加载等离子体中的自聚焦传输. 物理学报, 2012, 61(4): 042501. doi: 10.7498/aps.61.042501
[12]	刘静, 舒挺, 李志强. 电子束空间极限电流的非线性理论研究. 物理学报, 2010, 59(4): 2622-2628. doi: 10.7498/aps.59.2622
[13]	刘静, 舒挺, 李志强. 层流平衡相对论电子束束流特性的数值计算. 物理学报, 2010, 59(3): 1895-1901. doi: 10.7498/aps.59.1895
[14]	闫春燕, 张秋菊. 相对传播的双脉冲激光与薄膜靶作用产生的强单色谐波. 物理学报, 2010, 59(1): 322-328. doi: 10.7498/aps.59.322
[15]	宋法伦, 张永辉, 向飞, 常安碧. 强流电子束碰撞电离背景气体研究. 物理学报, 2008, 57(3): 1807-1812. doi: 10.7498/aps.57.1807
[16]	郑　君, 盛政明, 张　杰, 魏志义, 余　玮. 影响单电子非线性汤姆孙散射因素的研究. 物理学报, 2005, 54(3): 1018-1035. doi: 10.7498/aps.54.1018
[17]	田友伟, 余玮, 陆培祥, 何峰, 马法君, 徐涵, 静国梁, 钱列加. 紧聚焦的超短超强激光脉冲在真空中加速斜入射的相对论电子. 物理学报, 2005, 54(9): 4208-4212. doi: 10.7498/aps.54.4208
[18]	郑君, 盛政明, 张杰. 高能电子与超强激光束作用产生的阿秒脉冲列. 物理学报, 2005, 54(6): 2638-2644. doi: 10.7498/aps.54.2638
[19]	夏江帆, 张军, 张杰. 用激光等离子体实验对天体物理动力学过程进行模拟的可行性研究. 物理学报, 2001, 50(5): 994-1000. doi: 10.7498/aps.50.994
[20]	沈文达, 朱莳通. 库仑相互作用对相对论性电子束受激散射的影响. 物理学报, 1982, 31(2): 234-236. doi: 10.7498/aps.31.234

计量

文章访问数: 8926
PDF下载量: 874
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板