Введение к работе
Диссертация посвящена теоретическому исследованию индуцированных шогофотонных процессов при свободно-свободных и свободно-связан-шх переходах.электронов: анализу условий усиления в лазере на сво-50ДНЫХ электронах комптоновского типа; исследованию процесса вынужденной рекомбинации атомов в протон-электронных пучках; анализу спек-грально-угловых характеристик фотоэлектронов и интенсивности излуче-мя высоких гармоник.возникающих при надпороговой ионизации атомов 5 поле мощного лазерного излучения-.
'Актуальность темы диссертации. В настоящее время в практике физи-юского эксперимента по взаимодействию моащого лазерного излучения с веществом широко используются интенсивности в диапазоне ю12 + ю15 5т/см2. В сильном поле излучения существенную роль играют нелинейные іффектн, з которых в каждом акте взаимодействия электрона с электро-гагнитным излучением принимают участие несколько фотонов. Это приво-[ит к тому, что сечения физических процессов начинают нелинейным об-тзом зависеть от интенсивности внешней волны, существенно меняются :акже спектрально-угловые распределения спонтанного и вынужденного ізлучения электронов в световом поле.
Взаимодействие интенсивного лазерного излучения с электронами
изучается в самых различных областях физики. Так, к этой тематике
вносятся явления, протекающие в электрон-ионной плазме в присут-
!твии электромагнитной волны; процессы типа многофотонной ионизации
ltomob и молекул в сильном световом поле; явления генерации гармо-
сик с частотами, кратными частоте внешней волны; явления, происхо-
(ящие в таких специальных устройствах как лазеры на свободных элек-
ронах и т.д. ._..-.'
Таким образом, теоретическое исследование вынужденных многофо-онных переходов электронов в присутствии внешних полей представляйся актуальным не только для изучения вышеупомянутых фундаментальна, проблем, но и для ряда прикладных задач, к которым в первую оче-іедь мокно отнести создание источников когерентного излучения в оп-іеском и УФ-диапазонах.
Цель диссертации: построение аналитической теории вынужденного іереходного излучения релятивистских электронов; описание многотонных процессов вынужденного ондуляторного излучения и вынуаден-юго комптоновского рассеяния; исследование явления индуцированной іезонансной рекомбинации атомов в протон-электронных пучках; постро-
ение аналитической теории надпороговой ионизации атомов и генераци высоких гармоник в атомной среде, облучаемой сильной световой волной.
Научная новизна. В диссертации впервые построена теория вынужденного переходного излучения релятивистских электронов в поле сильной световой волны и найдено выражение для мощности излучения, сопровождающего переход пучка электронов через границу раздела двух диэлектрических сред.
Впервые дана квантовомехэническая теория усиления пробной волны в лазере на свободных электронах, движущихся в поле с поперечным градиентом. Впервые предложено устройство релятивистского строфо-трона на Оазе системы соответствующим образом ориентированных магнитных квадрупольных линз.
Впервые получены выражения для резонансных частот и коэффициентов усиления пробной волны для нерелятивистских электронов, излуча кщих в поле стоячей электромагнитной волны.
Впервые найдено выражение для вероятности многофотонного оже-эффекта из внутренних оболочек атома в поле резонансной волны.
Впервые предложено использовать резонансную рекомбинацию атомов в поле двух циркулярно-поляризованных волн для эффективной поляризации ядер.
Впервые в рамках многофотонного режима ионизации атома с учетом многократного перерассеяния фотоэлектрона на кулоновском потенциал! остаточного иона описаны основные особенности эффектов, связанных < надпороговой ионизацией атомов: даны выражения для спектрально-угл< вой плотности распределения фотоэлектронов; описана огибающая энергетического спектра высоких гармоник, кратных частоте ионизирующей лазерной волны; сформулированы условия фазового синхронизма излучателей для газовой среды, облучаемой сильной световой волной.
Впервые получены выражения, устанавливающие связь спонтанного и вынужденного излучения в процессе генерации высоких гармоник.
Впервые получена формула для спектрально-углового распределения электронов, возникающих в результате надаорогового фотоэффекта из металла.
Практическое и научное значение работы.
Выполненный в диссертации анализ условий усиления электромагнитных волн за счет вынужденного излучения в поле сильной лазерной волны может Сыть использован для создания новых типов источников кс герентного излучения оптического диапазона [10]. Представленная в
циссєртации теория резонансной рекомбинации атомов в протон-элек-
гронных пучках может быть использована для оптической диагностики
состояния тяжелых частиц в процессе их электронного охлаждения в
1акопителышх\кольцах С11, 12]. Результаты, полученные в диссерта
ции, относительно поляризации.ядер при резонансной рекомбинации
атомов в поле циркулярно-поляризованных волн, могут быть использо-
заны для создания релятивистских"пучков поляризованных ядер, что
представляет интерес для задач ядерной физики [14]. Представленная
з диссертации теория многократного кулоновского пврерассеяния фото
электронов на потенциале остаточного иона [163 может быть использо-
зана для интерпретации экспериментов по наддороговой ионизации ато-
дов и излучения высоких гармоник в газовых "средах, облучаемых силь-
юй световой волной. Развитая в диссертации теория фазового синхро-
тзма излучателей в процессе генерации гармоник [19] может быть ис-
тользована как для об'яснения наблюдаемых эффектов, так и для созда
лся устройств по усилению (или генерации) электромагнитных волн УФ-
зиапазона. ' " : -".._--- „
Основные положения, выносимые на защиту. -- . -" .
-
Ондулятор с линейной поляризацией магнитного поля (параметр эндуляторности у 1), использующий электронные пучки с реляти- " зистским фактором 7 ~ Ю + 30, за счет многофотонности процесса излучения позволяет увеличить частоту усиливаемой.волны по крайней лере до ИК-диапззона'без уменьшения коэффициента усиления. " ' '-.' Г
-
Процесс усиления в лазере на свободных электронах, использу-ощий вынужденное комптоновское рассеяние, оптимизируется по мере этклонения от одномерной схемы (направление усиливаемой волны сое- -гавляет малый угол с направлением движения электронов). Значение эптимального. угла, при котором усиление максимально, зависит от релятивистского фактора 7 и степени немонохроматичности используемого электронного пучка. .- ... '- '
-
Многофотоннов вынуязденное излучение нерелятивистского элек-ррона, осуществляющего надбарьерное движение в поле стоячей лазер-*ой волны, дает возможность эффективного усиления электромагнитных золи в дальнем и ближнем ИК-диапазонах.
-
Обеспечение оптимальных условий для вынужденной рекомбинации атомов в протон-электронных пучках в методе электронного охлаждения гяжэлых частиц в накопительном кольце требует выполнения равенства
? * 7П (гп ~ ширина фотоионизации промежуточного уровня, через ко- горый вдет рекомбинация в основное состояние атома; 7„ - естествен-*
ная ширина этого уровня).
-
Резонансное возбуждение валентного электрона полем слабой электромагнитной волны приводит в оптимальном случае к значительному усилению эффекта многофотонной ионизации из внутренних оболочек атома. В самом эффекте ионизации из внутренних оболочек принципиальную роль играют дассипативные процессы, протекающие в атоме.
-
Учет многократного перерассеяния фотоэлектронов на гіотенциалі остаточного иона дает правильное описание спектрально-углового распределения электронов, возникающих в результате надпорогового фотоэффекта из атомов.
Апробация работы..
Основные результаты диссертации докладывались на Всесоюзном симпозиуме по взаимодействию атомных.частиц с поверхностью твердого тела (Ташкент, 1979 г.), на Всесоюзном семинаре по высокочастотной релятивистской электронике (Новосибирск, 1987 г.), на XIY-й Мекдунг родной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Ленинград, . 1991 г.), на международных конференциях по многофотонным процессам в Испании (Саламанка, 1994 г.), в Голландии (Амстердам, 1994 г.), в России (Москва, 1995 г.).
Публикации. Результаты исследований, выполненных в диссертации, опубликованы в 28 работах.
Структура и об'єм работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы из 179 наименований. Общий об'єм 335 страниц и включает 28 рисунков и 5 таблиц.
