强激光脉冲中电子-离子复合效应对电子加速的影响

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。