电子在紧聚焦强激光场中非微扰量子电动力学特性研究

强场物理是目前国际前沿发展非常迅速的一个领域，其研究内容不但大大拓展了传统的非线性光学、原子分子物理和等离子体物理的研究范围，而且已经延伸至核物理，甚至触及到基本粒子物理和天体物理。其涉及的能量范围也从eV量级一直跨越到PeV量级。强场物理的蓬勃发展还带动了许多新学科的产生，比如强激光场下的相对论非线性光学和非微扰相对论量子电动力学等等。我们的工作将侧重在理论上深入探讨真空中自由电子与紧聚焦强激光场相互作用时所发生的非微扰量子电动力学特性, 比如场的非均匀性对非线性康普顿效应及光场和电子能量交换的影响、电子被强场激光束捕获和自由电子高次谐波产生的量子机制等等。由于目前国内外有关自由电子和强场相互作用的非微扰量子理论工作主要集中在均匀平面波场，因此对紧聚焦光场的研究除了将大大深化人们对非微扰量子电动力学的理解外，还为飞速发展的强场物理实验开辟新的研究方向并提供相应的理论基础。

本项目的主要任务基本完成，至今已经正式发表的有该项目标注的文章8篇，其中6篇SCI收录，2篇EI收录。通过本项目的实施，主要取得了以下几个方面的成果。.1)详细研究了孤子型强激光场中狄拉克方程的解。研究发现，在强激光场中正负电子对的产生需要两个阈值条件，一个就是我们熟知的激光场场强必须大于10*29W/cm^2，而另一个是激光场的脉冲长度和激光中电场强度的乘积必须大于mec/e。.2)为了研究紧聚焦激光场中的场强梯度效应对电子辐射谱的影响，我们利用有质动力势模型来描述激光场的梯度。通过QED微扰计算，我们发现，在电子垂直入射到激光束上时，由于有质动力势的作用，电子的光谱发生展宽，展宽的程度主要取决于激光束的腰宽。中心频率则保持为电子在平面波激光场中的谐波频率。.3)利用电子在稳态强激光束上的非弹性散射，发现可以利用多条激光束在一维、二维和三维空间捕获高能电子。.4)对高能电子波包在强激光场中的演化动力学作了详细研究,除了验证了波包的相对论压缩外，对电子波包在三维空间的撕裂、破碎也展开了研究。目前这方面的工作还在继续。.5)发现了在相对论修正下，高频强场中的高价负离子会变得更加稳定。.6)对自由电子在强激光场中的经典和半经典谐波辐射理论进行了详细的对比研究。研究发现，在对头碰撞中，两种理论给出的谐波辐射功率角分布对高能电子的差异比较大。此外我们还发现，激光的偏振也会对比较结果产生影响。最后我们还对经典阻尼效应与量子反冲效应对于辐射谱的影响进行了比较，计算结果表明在对头碰撞中，量子反冲效应在激光场强度较弱、电子能量较大时更为显著，而经典阻尼效应则在激光强度较大时更为明显。.7)对双原子核势中电子的激光辅助韧致辐射的干涉效应进行了研究。计算结果表明，当激光波长与双原子核间距可以比拟时，电子的辐射谱会出现明显的干涉图样，并且干涉光谱的结构依赖于提供双核势的分子的取向及核间距。.8)为了从实验上探测只有在高频强场中才能稳定存在的高价负离子，我们利用经典理论初步对比了高频强场缀饰下的H+，H以及H-上的散射轨迹以及散射截面。通过计算我们发现，对于H+及H-，在我们考虑的瞄准距离较大的情况下，对于某一确定的散射角而言，前者的微分散射截面要大于后者，并且两者的差异可以通过增大场强，降低入射电子速度来进一步扩大。