复杂等离子体通道中激光驱动电子加速与辐射特性研究

We study the laser-driven electron accelerating and radiation in complex plasma channel theoretically and numerically. The coupled effects of laser pulse properties, channel spatial structure, and plasma density distribution on paramater instability, nonlinear dynamics of electron, and THz radiation in the channel will be discussed in detail. Some new instability properties, electron accelerating mechanisms, THz radiation of laser-plasma interaction in the channel will be revealed. The results of the project will provied effective methods to accelerate the electron with high efficient and obtain THz radiation in controllable way.

等离子体通道被认为是产生可控高能电子束和新型辐射源的理想加速器，近年来引起了人们的极大关注。本项目针对等离子体通道中激光-等离子体相互作用以及与电子加速相关物理问题，结合理论分析和PIC数值模拟，系统、深入研究复杂等离子体通道(非均匀、三维)中激光脉冲参数、通道几何结构和通道中等离子体密度分布等的耦合特性及由此引起的各种不稳定性、非线性电子动力学特性及其产生的太赫兹辐射特性，从深层次揭示通道中激光加速电子产生失相的物理机理及调控措施，为设计高效率的等离子体通道加速器、获得高品质的电子束和可控太赫兹辐射提供有效方法。同时，发展分析激光-等离子体相互作用的理论方法，进一步有望揭示激光-等离子体相互作用中的新不稳定性特征、新物理现象以及新加速机制。

本项目针对非均匀等离子体通道中激光驱动电子加速相关物理问题，结合相对论电磁流体理论、非线性动力学理论和PIC数值模拟，深入研究了激光与非均匀等离子体通道的耦合特性及由此引起的不稳定性、电子动力学特性及其产生的高品质太赫兹辐射特性。获得了强激光束在一类非均匀等离子体通道中的传输动力学和稳定性及相对论激光与等离子体通道的非线性相互作用规律。在此基础上，设计了一类激发和调控激光与非均匀等离子体通道相互作用产生高品质太赫兹辐射场的有效方案，获得了多种分布模式的空间紧凑、高亮度及空间结构、辐射角、辐射频率和辐射场强高度可控的太赫兹辐射光束。进一步研究了相对论球形等离子体波特性及球形等离子体密度波的梯形爬升和自共振加速等。研究成果为优化设计高效率的等离子波加速器并获得高能电子束及其可控高品质太赫兹辐射源提供了理论依据和有效方法。