全新正版强场激光物理9787030766670科学出版社

目录

前言

章强场激光1

1.1光子1

1.2光波2

1.3光场的量子化3

1.4短脉冲激光7

1.5啁啾脉冲放9
1.6激光模式11

1.6.1高斯激光11

1.6.2贝塞尔光14

1.6.3拉盖尔-高斯光15

1.6.4矢量光21

1.7激光纵向场22

1.8非理想光束和多模激光

1.9激光对比度25

1.10激光的相干26

1.11强场激光的发展趋势28

第2章强激光与、原子和团簇相互作用33

2.1相对论协变描述33

2.2电磁相互作用基本理论34

2.2.1洛伦兹规范35

2.2.2库仑规范36

2..激光的能量、动量和角动量36

2.2.4电磁场中电荷运动的基本方程40

2.2.5坐标变换和洛伦兹变换42

.带粒在恒定磁场中的运动43

..1回旋运动44

..2漂移运动45

..绝热不变量47

..4纵向不变量和费米加速50

..5磁谱仪51

2.4在电磁场中的运动51

2.5激光驱动加速（非尾场）56

2.5.1稀薄等离子体中加速56

2.5.2平面激光对薄层的加速57

2.5.3非平面光束驱动加速58

2.5.4真空加速的一般讨论58

2.6强激光与原子相互作用59

2.6.1光场电离59

2.6.2气体高次谐波62

2.7强激光与团簇相互作用64

2.8强激光与原子核相互作用67

第3章等离子体物理基础理论68

3.1等离子体的重要特6

3.1.1德拜长度69

3.1.2等离子体鞘层70

3.1.3耦合等离子体71

3.1.4碰撞频率72

3.1.5等离子体频率76

3.1.6电离与复合78

3.1.7萨哈平衡79

3.2等离子体描述方法80

3.2.1单粒子轨道80

3.2.2粒子模拟80

3..等离子体的动理学描述82

3.2.4等离子体流体方程84

3.2.5相对论磁流体方程86

3.2.6物态方程90

3.2.7等离子体流体数值模拟90

3.3磁化等离子体91

3.3.1广义欧姆定律92

3.3.2磁化等离子体的.值92

3.3.3磁冻结和磁扩散93

3.4等离子体中的波95

3.4.1色散关系和介电张量95

3.4.2等离子体波97

3.4.3离子声波99

3.4.4磁声波101

3.4.5阿尔芬波102

3.5流体不稳定103

3.5.1瑞利-泰勒不稳定103

3.5.2.箍缩和Z箍缩106

3.5.3腊肠和扭曲不稳定10

3.6动理学不稳定109

3.6.1粒子-波相互作用109

3.6.2韦伯不稳定110

3.6.3不稳定114

3.7自相似模型114

3.7.1等离子体膨胀114

3.7.2爆轰波116

第4章强激光与稀薄等离子体相互作用118

4.1强激光在等离子体中的传输方程118

4.1.1基本方程118

4.1.2等离子体对弱激光场的线响应119

4.1.3相对论强激光的传输方程120

4.1.4激光在等离子体中传输的色散关系120

4.1.5相对论自透明122

4.1.6慢变振幅近似122

4.1.7准稳态近似122

4.2激光的传输1

4.2.1高斯激光在真空中的传输1

4.2.2激光在气体中的传输125

4..激光在磁化等离子体中的传输128

4.2.4法拉旋转30

4.3相对论冷等离子体流体方程131

4.3.1一维相对论冷等离子体133

4.4激光的纵向调制与孤子136

4.5激光的横向调制与自聚焦138

4.5.1等离子体密度扰动引起的自聚焦138

4.5.2相对论自聚焦139

4.5.3激光在预等离子体通道中的传输142

4.5.4激光等离子体通道间的相互作用143

4.6参量过程144

4.6.1三波耦合的一般理论144

4.6.2受激拉曼散145

4.6.3相对论激光的拉曼散150

4.6.4涡旋激光的受激拉曼散151

4.6.5受激拉曼散的抑制152

4.6.6双等离子体波衰变157

4.6.7受激布里渊散159

4.7等离子体光栅161

第5章强激光与固体靶相互作用162

5.1激光固体等离子体相互作用中的基本物理过程162

5.2一维非均匀等离子体的WKB解163

5.2.1s偏振斜入165

5.3强激光与固体薄膜相互作用166

5.3.1圆偏振相对论激光在稠密等离子体中传输的解析解166

5.3.2相对论透明169

5.3.3薄膜靶产生少周期相对论激光脉冲171

5.3.4两束激光与薄膜靶相互作用172

5.3.5相对论激光与双靶的相互作用172

5.4临界密度附近的激光等离子体加热172

5.4.1光阴极发172

5.4.2碰撞吸收172

5.4.3u×B加热175

5.4.4真空加热176

5.4.5共振加热176

5.4.6线模式转换177

5.4.7结构靶178

5.5等离子体密度轮廓的演化178

5.5.1温度179

5.5.2热传导179

5.5.3密度轮廓变陡181

5.6电磁波在等离子体表面和等离子体通道中的传输183

5.6.1电磁波在等离子体表面的传输183

5.6.2电磁波在中空等离子体通道中的传输185

5.7激光打孔和相对论有质动力通道186

5.7.1有质动力通道187

5.7.2长脉冲激光的打孔效应188

第6章传统加速器和高能粒子束190

6.1传统加速器190

6.1.1天然加速机制190

6.1.2高电压加速器191

6.1.3电磁感应加速器192

6.1.4频加速器193

6.1.5稳相加速196

6.1.6传统加速器的应用196

6.1.7传统加速器的现状197

6.2高能粒子束的基本质197

6.2.1能散度197

6.2.2电流强度198

6..发度198

6.2.4发度测量200

6.2.5亮度201

6.3粒子束在真空和磁场中的传输202

6.3.1高能粒子在常梯度磁场中的弱聚焦202

6.3.2磁四极透镜204

6.3.3粒子在磁场中运动的哈密顿描述205

6.3.4粒子传输矩阵207

6.3.5螺线管磁场210

6.3.6刘维尔定理211

6.3.7单粒子运动椭球212

6.3.8粒子束的压缩213

6.4强流束214

6.4.1真空中高能粒子束的场214

6.4.2背景等离子体中束的电磁场216

6.4.3束身电磁场对横向运动的影响216

6.5粒子源217

6.5.1源217

6.5.2正源217

6.5.3离子源218

6.5.4缪子源218

第7章等离子体加速219

7.1传统加速器中的尾场219

7.2激光驱动一维尾场220

7.2.1一维尾场方程220

7.2.2波破与优选尾波场2

7..稀薄等离子体中非线尾场225

7.3三维尾场225

7.3.1线尾场226

7.3.2三维空泡的场结构227

7.4粒子束驱动尾场229

7.4.1同轴加速能量极限0

7.4.2束驱动尾场1

7.4.3质子束驱动尾场4

7.5自调制尾场加速4

7.6拍频激光驱动等离子体波5

7.7在尾场中的运动5

7.7.1背景的捕获5

7.7.2失相和激光侵蚀

7.7.3试探在尾场中的纵向运动

7.7.4在尾场中的横向回旋运动

7.8空泡加速对激光参数的要求241

7.9注入与源242

7.9.1激光注入243

7.9.2密度梯度注入244

7.9.3电离注入244

7.9.4颗粒注入246

7.10等离子体尾场加速的优化247

7.10.1注入优化247

7.10.2单级加速优化247

7.10.3多级加速与外注入249

7.11等离子体尾场加速实验方法与进展250

7.11.1等离子体参数2507.11.2激光参数251

7.11.3目前实验进展252

7.12激光等离子体相互作用的加速机制252

7.12.1激光直接加速252

7.12.2涡旋激光加速253

7.1.大电荷量加速253

7.13激光驱动尾场加速的自相似定标254

第8章等离子体离子加速255

8.1鞘层场加速255

8.1.1鞘层场加速基本理论256

8.1.2激光对比度对鞘层场加速的影响259

8.1.3改进型靶后鞘层场加速259

8.1.4鞘层场加速的特点260

8.2无碰撞激波加速260

8.2.1激波基本理论260

8.2.2相对论激波263

8..无碰撞静电激波264

8.2.4强激光热压驱动的静电激波267

8.3强激光光压驱动的静电激波269

8.3.1光压驱动静电激波加速基本理论269

8.3.2光压驱动静电激波加速的准稳结构271

8.3.3试探粒子在静电场中的运动274

8.3.4静电激波加速中的一维不稳定274

8.3.5静电激波重离子加速275

8.4磁声激波质子加速276

8.5强激光驱动光压加速279

8.5.1光压整体加速279

8.5.2光压加速的微观机制281

8.5.3光压加速中的横向不稳定22

8.5.4光压加速的特点283

8.6等离子体尾场质子加速284

8.6.1激光驱动尾场质子加速284

8.6.2质子束驱动尾场质子加速285

8.6.3等离子体尾场质子加速的横向聚焦286

8.7加速机制287

8.7.1磁涡旋加速287

8.7.2BOA加速287

8.8外注入和级联加速287

8.8.1级联鞘层场质子加速287

8.8.2级联加速机制288

8.9等离子体离子加速展望290

第9章强激光驱动辐源292

9.1辐描述292

9.2热辐294

9.3激光驱动原子辐294

9.3.1K.线辐295

9.4X线激光295

9.4.1增益系数296

9.4.2碰撞激发机制297

9.4.3复合泵浦机制298

9.4.4X线激光的进展298

9.5静磁场的产生和测量299

9.5.1热电机制299

9.5.2韦伯不稳定产磁场300

9.5.3圆偏振或涡旋激光产生的轴向静磁场300

9.5.4真空中产生强磁场300

9.5.5磁重联300

9.5.6磁场测量302

9.6运动产生的辐303

9.6.1运动电荷的辐功率303

9.6.2辐反作用304

9.6.3运动电荷的辐电磁场305

9.7同步辐308

9.8回旋辐310

9.8.1高能在等离子体空泡中的回旋辐312

9.9自由激光313

9.10汤姆孙散和康普顿散318

9.10.1汤姆孙散用于等离子体诊断319

9.10.2非线汤姆孙散和非线康普顿散3

9.11相对论高次谐波324

9.11.1弱相对论激光驱动的高次谐波324

9.11.2高密度固体表面相对论谐波324

9.11.3圆偏振激光驱动的高次谐波325

9.11.4相对论振荡镜模型326

9.11.5超强相对论激光的高次谐波327

9.11.6涡旋相对论激光的高次谐波327

9.12轫致辐328

9.13切伦科夫辐328

9.14渡越辐330

9.15太赫兹辐333

9.15.1与稀薄等离子体相互作用产生太赫兹辐333

9.15.2与固体靶相互作用产生太赫兹辐334

9.16强激光驱动电磁脉冲334

9.17光子加速与相对论运动镜面反334

9.17.1光子加速基本理论335

9.17.2相对论运动镜面反337

9.17.3超光速镜面与光脉冲折叠338

0章强场激光等离子体相互作用中的量子电动力学效应339

10.1狄拉克方程339

10.2施温格场345

10.3弱场微扰散346

10.3.1弱场散理论346

10.3.2康普顿散348

10.3.3单光子光光散349

10.4强场量子电动力学效应350

10.5辐区和量子区353

10.5.1辐反作用与辐区353

10.5.2单在激光场中的辐反作用354

10.5.3等离子体中的辐反作用355

10.5.4量子区357

10.6弱场近似、局域交叉场近似和恒定场近似357

10.7强场量子电动力学效应的数值模拟358

10.7.1模拟360

10.7.2正负对产生362

10.7.3数值计算中的问题363

10.8极化363

10.8.1辐极化效应364

10.8.2相对论自旋在电磁场中的运动365

10.9强激光驱动正负对实验进展366

10.9.1高能非线康普顿散及真空正负对产生实验367

10.9.2强激光与等离子体相互作用产生正负对368

10.9.3正加速370

10.10强激光驱动极化粒子束371

10.11反质子、缪子等的产生372

1章真空强场量子电动力学效应373

11.1光光散373

11.2真空双折374

11.3四波混频效应376

11.4经典随机行走和量子随机行走380

11.5多模激光的光光散381

11.6真空正负对产生381

11.7强场激光与类轴子387

2章激光核物理389

12.1重要核过程389

12.1.1核结构389

12.1.2核衰变与谱宽390

12.1.3核自旋391

12.1.4巨共振392

12.1.5跃迁激发核跃迁393

12.2等离子体中核反应394

12.2.1等离子体中的核反应截面394

1.激光核聚变396

1..1快点火和冲击波点火399

1..2PB反应400

1..聚变-裂变堆400

12.4核反应线源400

12.4.1聚变中子源401

12.4.2激光质子束驱动中子源401

12.4.3聚变质子源401

12.4.4激光质子驱动活化反应及伽马线401

12.5高能线在物质中的传输402

12.5.1重带粒的传输402

12.5.2束的传输404

12.5.3正的传输405

12.5.4伽马线的传输406

12.5.5中子的传输410

12.6激光线束传输中的集体效应411

12.6.1阿尔法电流极限411

12.6.2热传导411

12.6.3超热在等离子体中传输的集体效应413

12.6.4超热传输的不稳定和反常制动414

12.7激光驱动放治疗414

12.7.1线剂量414

12.7.2束和伽马刀放疗415

12.7.3质子束放疗415

12.8激光驱动线束的成像417

12.8.1激光质子束成像417

12.8.2激光驱动伽马线成像418

12.8.3激光线束的成像419

12.9激光线束的应用419

12.9.1单粒子效应419

12.9.2缪子的应用419

12.9.3质子束诱导X线荧光分析419

附录420

参考书目427

本书主要介绍超强超短激光与等离子体相互作用的基本理论和实验方法，重点为强场激光的相对论效应和量子电动力学力学效应。前面三章为一些理论准备，包括强场激光、强激光与原子等的相互作用以及等离子体基本理论；第四、五章分别为强激光与稀薄和稠密等离子体相互作用；第六章简单介绍传统加速器为后面几章作准备；第七、八、九章为强场激光的重要应用，即强激光驱动的高能束、高能离子束和强辐源；第十、十一章介绍强场激光在等离子体和真空中的量子电动力学效应；第十二章介绍激光核物理。本书较为全面地包括了强场激光物理理论和实验的近期新进展，主要目的是为刚进入这一领域的提供一本较全面的参考书，本书也可供这一领域的科技人员、对强场物理感兴趣的研究领域的科技工作者作为参考。对强场物理感兴趣的高年级学生、也可阅读。