激光-電子非線性康普頓散射特性研究.pdf

1、自由電子激光誕生于上世紀(jì)七十年代,至誕生以來在理論和實(shí)驗(yàn)上都得到了迅速發(fā)展.研究自由電子激光產(chǎn)生的核心問題是自由電子與光場(chǎng)的相互作用問題.隨著激光場(chǎng)和強(qiáng)激光技術(shù)的發(fā)展等極端條件的實(shí)現(xiàn),電子在激光束上的非彈性散射開始顯現(xiàn),這個(gè)非彈性散射過程的能量交換的主要方式是非線性康普頓(Compton)散射的能量交換.即在電子與光場(chǎng)的相互作用的過程中吸收多個(gè)光子,發(fā)射一個(gè)新的光子的過程.對(duì)于這個(gè)散射過程的研究,不僅有利于進(jìn)一步了解自由電子激光產(chǎn)生的原

2、理,而且為產(chǎn)生短波長(zhǎng)自由電子激光細(xì)致的研究和高性能自由電子激光和它的研制及應(yīng)用都奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).
　　本文主要用兩種模型對(duì)激光-電子非線性Compton散射特性進(jìn)行研究。全文共包括五章.
　　第一章簡(jiǎn)要地介紹了自由電子激光和非線性Compton散射的發(fā)展與現(xiàn)狀.
　　第二章用標(biāo)準(zhǔn)微擾論研究了非線性Compton散射的電子能量,散射光頻率以及微分散射截面特性。在這一章首先研究了激光-電子非線性康普頓散射中散射光頻率在不

3、同散射方向隨著入射角的變化,然后又研究了散射過程中電子能量變化特性,接著利用標(biāo)準(zhǔn)微擾理論推導(dǎo)出在電子靜止參考系中激光-電子非線性Compton散射微分散射截面表達(dá)式并對(duì)其進(jìn)行了討論.最后通過洛侖茲變換得到實(shí)驗(yàn)室參考系中的激光-電子非線性Compton散射的微分散射截面并對(duì)其特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:散射光頻率在散射角一定的情況下,電子能量變化,散射光頻率除了與光子數(shù)成正比外在不同的方位角處隨著入射角的變化趨勢(shì)不同,同樣在方位角一定時(shí),不

4、同散射角處的變化情況也不同.散射光的微分散射截面除了與光子數(shù)密度有關(guān),并與它的(n-1)次方成正比外,還與散射角,方位角和初始條件有關(guān).在進(jìn)行上面研究中都利用了模擬計(jì)算進(jìn)行細(xì)致研究。這就為以后工作中的實(shí)際操作提供了重要的參考價(jià)值.
　　第三章介紹自由電子在外場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的量子電動(dòng)力學(xué)理論,并且介紹了半經(jīng)典方法,用這種方法可以處理電子在外場(chǎng)中發(fā)射光子問題.
　　第四章用半經(jīng)典方法對(duì)圓極化強(qiáng)平面電磁波場(chǎng)中的多光子非線性Compton

5、散射過程中電子能量的變化,散射頻率和微分散射截面特性進(jìn)行了討論.通過對(duì)低頻極限下電子能量變化,散射光頻率和微分散射截面與入射光強(qiáng)的關(guān)系進(jìn)行研究得出:利用多光子非線性Compton散射產(chǎn)生短波光子從而得到實(shí)際所需要的散射光,此時(shí)需要在一定的散射方向和初始條件下選擇適當(dāng)?shù)墓鈭?chǎng)強(qiáng)度.對(duì)于電子能量和光場(chǎng)強(qiáng)度一定的非線性Compton散射,散射角一定時(shí),不同的方位角所對(duì)應(yīng)的散射過程都對(duì)應(yīng)入射角都有一個(gè)臨界值,該臨界值前后就是光場(chǎng)的能量的增加或減小