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强激光脉冲中电子-离子复合效应对电子加速的影响

DOI：10.1109/TPS.2019.2947283 期刊：IEEE Transactions on Plasma Science 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 研究了高能激光脉冲穿过隧道电离气体时电子-离子复合效应对电子加速的影响，以观测加速过程中电子实际获得的能量增益。具有高斯径向分布的强短脉冲激光依次穿过真空和气体区域，脉冲峰值与电子相互作用的起始点即为气体区域的边界。隧道电离会在传播轴线上形成高密度等离子体，导致激光脉冲散焦。电子在脉冲后沿阶段获得额外加速，从而实现净能量增益。存在电子-离子复合时，激光脉冲聚焦更强，因此在特定参数区间内对净能量增益产生显著影响。本研究建立了自洽演化模型，描述激光在电离中性气体过程中驱动电子加速的过程，该模型包含适用于气体射流系统研究的多重电离阶段电子-离子复合效应及中性气体密度时空变化特性。通过计算氦气中（该条件适合发生复合）的电子加速能量增益发现：对于给定激光强度，始终存在最佳光斑尺寸和焦平面位置（相对于气体射流），该参数组合能最小化折射效应并最大化加速长度，从而提升电子能量增益。在激光-气体射流实验中，若脉冲持续时间较长，引入电子-离子复合效应将更具现实意义。
作者： Arohi Jain，Devki Nandan Gupta，Hyyong Suk
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研究概述 实验方案

研究目的

研究电子-离子复合效应对高强度激光脉冲穿过隧穿电离气体时电子加速的影响，并观测加速过程中电子能量的实际增益。

研究成果

电子-离子复合效应通过影响等离子体密度变化导致的激光散焦，在加速过程中对电子能量增益起着关键作用。该研究结合电子-离子复合效应，对高强度激光脉冲与气体相互作用驱动的电子加速进行了真实条件下的探究。要实现电子能量的真实估算，需要优化激光强度和脉冲持续时间等参数以达到最佳条件。

研究不足

该研究的局限性在于特定参数范围内，电子-离子复合效应会显著影响净能量增益。该模型在激光-气体射流实验中更适用于较长脉冲持续时间的情况。

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