高階拉蓋爾-高斯光束場(chǎng)及其加速電子特性.pdf

1、由于強(qiáng)激光技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)高效低造價(jià)的高能粒子加速器的需求,激光加速帶電粒子方案受到了廣泛重視。雖然近幾年激光等離子體加速粒子在實(shí)驗(yàn)上取得了重大突破,但是,在真空加速,可以避免氣體擊穿、介質(zhì)損傷或等離子體不穩(wěn)定性等不利因素。目前為止,真空加速方案提出了許多,其中主要的加速機(jī)制有兩種,即慢電子入射的有質(zhì)動(dòng)力加速和快電子入射的俘獲加速。對(duì)于徑向分布為高斯型的基模高斯光束,當(dāng)入射電子在近軸區(qū)域時(shí)會(huì)受到很強(qiáng)的橫向離軸有質(zhì)動(dòng)力力,電子因此很快被

2、排斥出強(qiáng)光場(chǎng)區(qū)而不能獲得有質(zhì)動(dòng)力力很好的加速。俘獲加速需要加速區(qū)有較強(qiáng)的縱向電場(chǎng)分布和加速波場(chǎng)低的相速度分布,對(duì)于徑向分布為高斯型的基模高斯光束,中心的橫向電場(chǎng)最強(qiáng)而縱向電場(chǎng)幾乎為零、相速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光速,也就是真正強(qiáng)場(chǎng)區(qū)域并不有利于俘獲加速。于是人們提出采用高階模的高斯光束來(lái)加速電子。原則上高階模可以提供更強(qiáng)的縱向加速電場(chǎng),這可能有利于俘獲加速。此外,與基模光束相比,高階模高斯光束近軸區(qū)光場(chǎng)強(qiáng)度分布總體比較平坦,這使得中心區(qū)橫向離軸有質(zhì)

3、動(dòng)力力大大減弱,這可能有利于縱向有質(zhì)動(dòng)力加速。人們采用高階厄米—高斯光束加速的研究工作已有不少,但是采用高階拉蓋爾—高斯(LG)光束加速的全面研究工作很少。
　　 本論文首先分析了拉蓋爾—高斯(LG)光束的電場(chǎng)分布和相速度分布特點(diǎn),給出了相關(guān)的電場(chǎng)和相速度表達(dá)式。對(duì)于模式的階數(shù)變化對(duì)拉蓋爾—高斯(LG)光束縱向電場(chǎng)和相速度的影響作了分析。文中選取兩個(gè)典型的高階拉蓋爾—高斯(LG)光束(即(ρ=4,ι=0)模和(ρ=4,ι=1)模

4、作為例子,系統(tǒng)研究了它們的電場(chǎng)分布、相速度分布,并與基模光場(chǎng)作了對(duì)比和分析。此外,模擬研究了它們?cè)谡婵罩屑铀匐娮硬⒑突９馐铀偾闆r作了比較。我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于低能入射電子的有質(zhì)動(dòng)力加速,高階拉蓋爾—高斯(LG)模光束表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì),特別是相同的ρ而ι＞0的高階模效果更好。與人們一般預(yù)期相反,對(duì)高能入電子的俘獲加速,有強(qiáng)的縱向電場(chǎng)分布的高階拉蓋爾—高斯(LG)模光束加速效果比基模差得多,但是相同的ρ,ι＞0的高階模效果比相同的ρ,ι=0的高