强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法技术

本申请公开了一种强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法。该方法包括采用Matlab三维编程模拟方法通过跟踪每个电子在电磁场中的运动，模拟高能电子全空间运动轨迹，用于处理激光脉冲与高能电子相互作用过程的非线性过程。本申请解决了相关技术中无法立体探测强激光脉冲与高能电子对撞，并将其运用于实际实验过程中的技术问题。通过本申请通过获得的基于Matlab编程的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的全时间和全空间特性，为实验上进行全时间和全空间的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测提供理论和数值模拟依据。通过编写Matlab程序来研究强激光脉冲与高能电子的对撞特性，在实际探测中具有重要的意义和较好的应用前景。要的意义和较好的应用前景。要的意义和较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法


[0001]本申请涉及电子学领域，具体而言，涉及一种强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法。

技术介绍

[0002]电子学是一门研究电子的特性、行为以及电子器件的物理学科。它是以电子运动和电磁波及其相互作用的研究和利用为核心而发展起来的。
[0003]众所周知，电子绕核做高速无规则运动(常温条件下，金属导体内电子热运动速率高达10万米/秒)，人们所描绘的的核外电子轨道图，如常说的球型、哑铃型等，也只是通过大量数据统计，得到某一能级电子出现概率最大的位置范围。由于高速运动的电子轨迹难以控制，想要仔细观察并且研究电子的特性，就必须要能捕捉到高速运动且出现位置具有随机性的电子。在实验上人们已经可以通过合成截止频率附近的几个谐波来产生脉冲长度在阿秒量级的激光脉冲(1阿秒＝10-18s)。阿秒脉冲的获得开启了超快科学一个全新的领域:人们可以在电子运动的自然时间尺度上去探测和操控原子分子内部电子的运动,这是继飞秒科学后人们操控微观世界物质运动的又一大飞跃。
[0004]最近十年来，啁啾脉冲放大(CPA)技术的应用，使激光脉冲的峰值强度提高了5—6个数量级，脉宽短至几十飞秒。将一束超强超短激光脉冲聚焦在很小的空间范围内，激光强度高于10
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Wμm2/cm2，其电场可以大于10
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V/m。如此强大的电场激发了人们使用超强超短激光脉冲控制电子的想法,提出了很多激光脉冲在真空和等离子体内加速电子的模型。
[0005]目前业内对强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测进行三维立体全方位的分析和研究还不够，主要困难在于理论推导基于Matlab编程的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的非线性全时间运动方程、能量方程以及如何应用有限元方法正确的求解Maxwell方程、拉各朗日方程和全时间电子的运动方程、能量方程。同时，实际实验对于环境设备要求较高。
[0006]针对相关技术中无法立体探测强激光脉冲与高能电子对撞，并将其运用于实际实验过程中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0007]本申请的主要目的在于提供一种强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法，以解决相关技术中无法立体探测强激光脉冲与高能电子对撞，并将其运用于实际实验过程中的问题。
[0008]为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法。
[0009]根据本申请的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法包括：
[0010]采用Matlab三维编程模拟方法通过跟踪每个电子在电磁场中的运动，模拟高能电子全空间运动轨迹，用于处理激光脉冲与高能电子相互作用过程的非线性过程，
[0011]其中，所述强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的理论和数值模拟依据，基于Matlab编程的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的全时间和全空间特性的获得。
[0012]进一步地，所述强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的理论和数值模拟依据，获取的方法包括：
[0013]利用圆偏振激光脉冲对电子加速的原理，精确求解电子运动的相对论方程及激光的电磁理论的方程，得到高能电子运动轨迹的全空间方程和能量增益方程。
[0014]进一步地，所述强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的理论和数值模拟依据，获取的方法包括：
[0015]应用有限元方法正确的求解Maxwell方程、拉各朗日方程和全时间电子的运动方程，能量增益方程和所述高能电子运动轨迹的全空间方程。
[0016]进一步地，采用Matlab三维编程模拟方法通过跟踪每个电子在电磁场中的运动，模拟高能电子全空间运动轨迹，处理激光脉冲与高能电子相互作用过程的非线性过程，包括：
[0017]在理论的基础上建立单电子模型，强激光脉冲与高能电子对撞的过程中不同激光束腰半径、不同电子初始速度对电子运动轨迹的影响，
[0018]通过改变束腰半径和电子初速度的参数，得出大量的电子运动轨迹图形及能量谱图形，通过对图形变化趋势及参量的分析得出束腰半径和电子初速度对电子运动轨迹和能量产生的影响，
[0019]其中所述参量至少包括：螺旋运动半径，中心点位置，能量值。
[0020]进一步地，包括：
[0021]研制三维相对论Matlab程序，采用9点微分算子法以提高数值精度，并采用近似矩阵因子分解法来降低存储量和计算量。
[0022]进一步地，包括：
[0023]通过获得的基于Matlab编程的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的全时间和全空间特性，为实验上进行全时间和全空间基于Matlab编程的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测提供理论和数值模拟依据。
[0024]进一步地，包括：
[0025]采用控制变量法，分别改变激光束腰半径和电子初速度得到大量的电子运动轨迹图形。
[0026]进一步地，采用控制变量法，分别改变激光束腰半径和电子初速度得到大量的电子运动轨迹图形时，还包括：
[0027]在同一电子初速度条件下，当所述激光束腰半径大于15并逐渐增大时，电子运动轨迹逐渐趋于稳定。
[0028]进一步地，采用控制变量法，分别改变激光束腰半径和电子初速度得到大量的电子运动轨迹图形时，还包括：
[0029]在所述电子初速度与激光场方向相反时，电子运动轨迹波动小且较为集中，
[0030]在同一所述激光束腰半径的条件下，随着电子反向初速度的增加，达到如下临界状态：
[0031]当自身速度uz0＝-0.80c时，电子螺旋运动的起始位置与终止位置重合；
[0032]当自身速度uz0＝-0.86c时，出现单电子耦合现象；
[0033]当自身速度uz0＝-0.90c时，耦合现象消失，电子将一直沿初速度方向运动。
[0034]其中c为光速。
[0035]进一步地，包括：
[0036]通过改变激光脉冲的束腰半径和电子的初速度，用以控制电子运动轨迹。
[0037]在本申请实施例中强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法，采用Matlab三维编程模拟方法通过跟踪每个电子在电磁场中的运动，模拟高能电子全空间运动轨迹，用于处理激光脉冲与高能电子相互作用过程的非线性过程，达到了通过获得的基于Matlab编程的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的全时间和全空间特性，为实验上进行全时间和全空间的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测提供理论和数值模拟依据的目的，从而实现了通过编写Matlab程序来研究强激光脉冲与高能电子的对撞特性，在实际探测中具有重要的意义和较好的应用前景的技术效果，进而解决了相关技术中无法立体探测强激光脉冲与高能电子对撞，并将其运用于实际实验过程中的技术问题。
附图说明
[0038]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法，其特征在于，包括：采用Matlab三维编程模拟方法通过跟踪每个电子在电磁场中的运动，模拟高能电子全空间运动轨迹，用于处理激光脉冲与高能电子相互作用过程的非线性过程，其中，所述强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的理论和数值模拟依据，基于Matlab编程的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的全时间和全空间特性的获得。2.根据权利要求1所述的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法，其特征在于，所述强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的理论和数值模拟依据，获取的方法包括：利用圆偏振激光脉冲对电子加速的原理，精确求解电子运动的相对论方程及激光的电磁理论的方程，得到高能电子运动轨迹的全空间方程和能量增益方程。3.根据权利要求1所述的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法，其特征在于，所述强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的理论和数值模拟依据，获取的方法包括：应用有限元方法正确的求解Maxwell方程、拉各朗日方程和全时间电子的运动方程，能量增益方程和所述高能电子运动轨迹的全空间方程。4.根据权利要求1所述的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法，其特征在于，采用Matlab三维编程模拟方法通过跟踪每个电子在电磁场中的运动，模拟高能电子全空间运动轨迹，处理激光脉冲与高能电子相互作用过程的非线性过程，包括：在理论的基础上建立单电子模型，强激光脉冲与高能电子对撞的过程中不同激光束腰半径、不同电子初始速度对电子运动轨迹的影响，通过改变束腰半径和电子初速度的参数，得出大量的电子运动轨迹图形及能量谱图形，通过对图形变化趋势及参量的分析得出束腰半径和电子初速度对电子运动轨迹和能量产生的影响，其中所述参量至少包括：螺旋运动半径，中心点位置，能量值。5.根据权利要求1所述的强激光脉冲与高能电子对撞的三维立体探测的处理方法，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：芦毅，刘益铭，朱子涵，田友伟，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：