強場激光物理 沈百飛 9787030766670 【台灣高等教育出版社】

目錄

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前言
第1章 強場激光1
1 1光子1
1 2光波2
1 3光場的量子化3
1 4短脈衝激光7
1 5啁啾脈衝放大9
1 6激光模式11
1 6 1高斯激光11
1 6 2貝塞爾光14
1 6 3拉蓋爾-高斯光15
1 6 4矢量光21
1 7激光縱向場22
1 8非理想光束和多模激光23
1 9激光對比度25
1 10激光的相干性26
1 11強場激光的發展趨勢28
第2章 強激光與電子、原子和團簇相互作用33
2 1相對論協變描述33
2 2電磁相互作用基本理論34
2 2 1洛倫茲規範35
2 2 2庫侖規範36
2 2 3激光的能量、動量和角動量36
2 2 4電磁場中電荷運動的基本方程40
2 2 5坐標變換和洛倫茲變換42
2 3帶電粒子在恒定磁場中的運動43
2 3 1回旋運動44
2 3 2漂移運動45
2 3 3絕熱不變量47
2 3 4縱向不變量和費米加速50
2 3 5磁譜儀51
2 4電子在電磁場中的運動51
2 5激光驅動電子加速（非尾場）56
2 5 1稀薄等離子體中電子加速56
2 5 2平面激光對電子薄層的加速57
2 5 3非平面光束驅動電子加速58
2 5 4真空加速的一般性討論58
2 6強激光與原子相互作用59
2 6 1光場電離59
2 6 2氣體高次諧波62
2 7強激光與團簇相互作用64
2 8強激光與原子核相互作用67
第3章 等離子體物理基礎理論68
3 1等離子體的重要特性68
3 1 1德拜長度69
3 1 2等離子體鞘層70
3 1 3耦合等離子體71
3 1 4碰撞頻率72
3 1 5等離子體頻率76
3 1 6電離與複合78
3 1 7薩哈平衡79
3 2等離子體描述方法80
3 2 1單粒子軌道80
3 2 2粒子模擬80
3 2 3等離子體的動理學描述82
3 2 4等離子體流體方程84
3 2 5相對論磁流體方程86
3 2 6物態方程90
3 2 7等離子體流體數值模擬90
3 3磁化等離子體91
3 3 1廣義歐姆定律92
3 3 2磁化等離子體的 值92
3 3 3磁凍結和磁擴散93
3 4等離子體中的波95
3 4 1色散關係和介電張量95
3 4 2電子等離子體波97
3 4 3離子聲波99
3 4 4磁聲波101
3 4 5阿爾芬波102
3 5流體不穩定性103
3 5 1瑞利-泰勒不穩定103
3 5 2 箍縮和Z箍縮106
3 5 3臘腸和扭最不穩定性108
3 6動理學不穩定性109
3 6 1粒子-波相互作用109
3 6 2韋伯不穩定性110
3 6 3其他不穩定性114
3 7自相似模型114
3 7 1等離子體膨脹114
3 7 2爆轟波116
第4章 強激光與稀薄等離子體相互作用118
4 1強激光在等離子體中的傳輸方程118
4 1 1基本方程118
4 1 2等離子體對弱激光場的線性響應119
4 1 3相對論強激光的傳輸方程120
4 1 4激光在等離子體中傳輸的色散關係120
4 1 5相對論自透明122
4 1 6慢變振幅近似122
4 1 7准穩態近似122
4 2激光的傳輸123
4 2 1高斯激光在真空中的傳輸123
4 2 2激光在氣體中的傳輸125
4 2 3激光在磁化等離子體中的傳輸128
4 2 4法拉第旋轉130
4 3相對論冷等離子體流體方程131
4 3 1一維相對論冷等離子體133
4 4激光的縱向調製與孤子136
4 5激光的橫向調製與自聚焦138
4 5 1等離子體密度擾動引起的自聚焦138
4 5 2相對論自聚焦139
4 5 3激光在預等離子體通道中的傳輸142
4 5 4激光等離子體通道間的相互作用143
4 6參量過程144
4 6 1三波耦合的一般理論144
4 6 2受激拉曼散射145
4 6 3相對論激光的拉曼散射150
4 6 4渦旋激光的受激拉曼散射151
4 6 5受激拉曼散射的抑制152
4 6 6雙等離子體波衰變157
4 6 7受激布裡淵散射159
4 7等離子體光柵161
第5章 強激光與固體靶相互作用162
5 1激光固體等離子體相互作用中的基本物理過程162
5 2一維非均勻等離子體的WKB解163
5 2 1s偏振斜入射165
5 3強激光與固體薄膜相互作用166
5 3 1圓偏振相對論激光在稠密等離子體中傳輸的解析解166
5 3 2相對論透明169
5 3 3薄膜靶產生少週期相對論激光脈沖171
5 3 4兩束激光與薄膜靶相互作用172
5 3 5相對論激光與雙靶的相互作用172
5 4臨界密度附近的激光等離子體加熱172
5 4 1光陰極發射172
5 4 2碰撞吸收172
5 4 3u×B加熱175
5 4 4真空加熱176
5 4 5共振加熱176
5 4 6線性模式轉換177
5 4 7結構靶178
5 5等離子體密度輪廓的演化178
5 5 1電子溫度179
5 5 2熱傳導179
5 5 3密度輪廓變陡181
5 6電磁波在等離子體表面和等離子體通道中的傳輸183
5 6 1電磁波在等離子體表面的傳輸183
5 6 2電磁波在中空等離子體通道中的傳輸185
5 7激光打孔和相對論有質動力通道186
5 7 1有質動力通道187
5 7 2長脈衝激光的打孔效應188
第6章 傳統加速器和高能粒子束190
6 1傳統加速器190
6 1 1天然加速機制190
6 1 2高電壓加速器191
6 1 3電磁感應加速器192
6 1 4射頻加速器193
6 1 5穩相加速196
6 1 6傳統加速器的應用196
6 1 7傳統加速器的現狀197
6 2高能粒子束的基本性質197
6 2 1能散度197
6 2 2電流強度198
6 2 3發射度198
6 2 4發射度測量200
6 2 5亮度201
6 3粒子束在真空和磁場中的傳輸202
6 3 1高能粒子在常梯度磁場中的弱聚焦202
6 3 2磁四極透鏡204
6 3 3粒子在磁場中運動的哈密頓描述205
6 3 4粒子傳輸矩陣207
6 3 5螺線管磁場210
6 3 6劉維爾定理211
6 3 7單粒子運動橢球212
6 3 8粒子束的壓縮213
6 4強流電子束214
6 4 1真空中高能粒子束的場214
6 4 2背景等離子體中電子束的電磁場216
6 4 3電子束自身電磁場對電子橫向運動的影響216
6 5粒子源217
6 5 1電子源217
6 5 2正電子源217
6 5 3離子源218
6 5 4繆子源218
第7章 等離子體電子加速219
7 1傳統加速器中的尾場219
7 2激光驅動一維尾場220
7 2 1一維尾場方程220
7 2 2波破與最大尾波場223
7 2 3稀薄等離子體中非線性尾場225
7 3三維尾場225
7 3 1線性尾場226
7 3 2三維空泡的場結構227
7 4粒子束驅動尾場229
7 4 1同軸加速能量極限230
7 4 2電子束驅動尾場231
7 4 3質子束驅動尾場234
7 5自調製尾場加速234
7 6拍頻激光驅動等離子體波235
7 7電子在尾場中的運動235
7 7 1背景電子的捕獲235
7 7 2電子失相和激光侵蝕236
7 7 3試探電子在尾場中的縱向運動237
7 7 4電子在尾場中的橫向回旋運動238
7 8空泡加速對激光參數的要求241
7 9電子注入與電子源242
7 9 1激光注入243
7 9 2密度梯度注入244
7 9 3電離注入244
7 9 4顆粒注入246
7 10等離子體尾場加速的優化247
7 10 1注入優化247
7 10 2單級加速優化247
7 10 3多級加速與外注入249
7 11等離子體尾場電子加速實驗方法與進展250
7 11 1等離子體參數2507 11 2激光參數251
7 11 3目前實驗進展252
7 12激光等離子體相互作用的其他加速機制252
7 12 1激光直接加速252
7 12 2渦旋激光加速253
7 12 3大電荷量電子加速253
7 13激光驅動尾場加速的自相似定標254
第8章 等離子體離子加速255
8 1鞘層場加速255
8 1 1鞘層場加速基本理論256
8 1 2激光對比度對鞘層場加速的影響259
8 1 3改進型靶後鞘層場加速259
8 1 4鞘層場加速的特點260
8 2無碰撞激波加速260
8 2 1激波基本理論260
8 2 2相對論激波263
8 2 3無碰撞靜電激波264
8 2 4強激光熱壓驅動的靜電激波267
8 3強激光光壓驅動的靜電激波269
8 3 1光壓驅動靜電激波加速基本理論269
8 3 2光壓驅動靜電激波加速的准穩結構271
8 3 3試探粒子在靜電場中的運動274
8 3 4靜電激波加速中的一維不穩定性274
8 3 5靜電激波重離子加速275
8 4磁聲激波質子加速276
8 5強激光驅動光壓加速279
8 5 1光壓整體加速279
8 5 2光壓加速的微觀機制281
8 5 3光壓加速中的橫向不穩定性282
8 5 4光壓加速的特點283
8 6等離子體尾場質子加速284
8 6 1激光驅動尾場質子加速284
8 6 2質子束驅動尾場質子加速285
8 6 3等離子體尾場質子加速的橫向聚焦286
8 7其他加速機制287
8 7 1磁渦旋加速287
8 7 2BOA加速287
8 8外注入和級聯加速287
8 8 1級聯鞘層場質子加速287
8 8 2其他級聯加速機制288
8 9等離子體離子加速展望290
第9章 強激光驅動輻射源292
9 1輻射描述292
9 2熱輻射294
9 3激光驅動原子輻射294
9 3 1K 線輻射295
9 4X射線激光295
9 4 1增益係數296
9 4 2電子碰撞激發機制297
9 4 3複合泵浦機制298
9 4 4X射線激光的進展298
9 5靜磁場的產生和測量299
9 5 1熱電機制299
9 5 2韋伯不穩定性產生磁場300
9 5 3圓偏振或渦旋激光產生的軸向靜磁場300
9 5 4真空中產生強磁場300
9 5 5磁重聯300
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精彩書摘
第1章 強場激光
光是普通常見的，但又是極其神秘的。很多專著從不同的角度，如幾何光學、波動光學、激光物理和量子光學等，來討論光的特性。本章 簡單介紹到目前為止對光的一些認識，重點關注和強場激光物理密切相關的一些基礎知識，主要介紹超強超短激光的產生方法和理論描述，以及激光的各種模式等。
1 1 光子
光傳遞電磁相互作用，在真空中其速度恒為，即使改變參考系，光速仍不變。光具有波粒二象性。按照量子力學，真空中波長為的平面光，一個光子的動量為，能量為。一般地，光束中的一個光子並不是平面單色光，它具有平均的中心動量、能量和角動