[發明專利]強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的處理方法

在審

• 申請號: 201910851942.3
• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN112558136A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 蘆毅;劉益銘;朱子涵;田友偉
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01T1/29
• 分類號: G01T1/29;G01T1/36;G01T5/02;G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 南京正道智華專利代理事務所(普通合伙) 32396
• 代理人: 施翔宇

本申請公開了一種強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的處理方法。該方法包括采用Matlab三維編程模擬方法通過跟蹤每個電子在電磁場中的運動，模擬高能電子全空間運動軌跡，用于處理激光脈沖與高能電子相互作用過程的非線性過程。本申請解決了相關技術中無法立體探測強激光脈沖與高能電子對撞，并將其運用于實際實驗過程中的技術問題。通過本申請通過獲得的基于Matlab編程的強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的全時間和全空間特性，為實驗上進行全時間和全空間的強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測提供理論和數值模擬依據。通過編寫Matlab程序來研究強激光脈沖與高能電子的對撞特性，在實際探測中具有重要的意義和較好的應用前景。

技術領域

本申請涉及電子學領域，具體而言，涉及一種強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的處理方法。

背景技術

電子學是一門研究電子的特性、行為以及電子器件的物理學科。它是以電子運動和電磁波及其相互作用的研究和利用為核心而發展起來的。

眾所周知，電子繞核做高速無規則運動(常溫條件下，金屬導體內電子熱運動速率高達10萬米/秒)，人們所描繪的的核外電子軌道圖，如常說的球型、啞鈴型等，也只是通過大量數據統計，得到某一能級電子出現概率最大的位置范圍。由于高速運動的電子軌跡難以控制，想要仔細觀察并且研究電子的特性，就必須要能捕捉到高速運動且出現位置具有隨機性的電子。在實驗上人們已經可以通過合成截止頻率附近的幾個諧波來產生脈沖長度在阿秒量級的激光脈沖(1阿秒＝10-18s)。阿秒脈沖的獲得開啟了超快科學一個全新的領域:人們可以在電子運動的自然時間尺度上去探測和操控原子分子內部電子的運動,這是繼飛秒科學后人們操控微觀世界物質運動的又一大飛躍。

最近十年來，啁啾脈沖放大(CPA)技術的應用，使激光脈沖的峰值強度提高了5—6個數量級，脈寬短至幾十飛秒。將一束超強超短激光脈沖聚焦在很小的空間范圍內，激光強度高于10¹⁹Wμm²/cm²，其電場可以大于10¹²V/m。如此強大的電場激發了人們使用超強超短激光脈沖控制電子的想法,提出了很多激光脈沖在真空和等離子體內加速電子的模型。

目前業內對強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測進行三維立體全方位的分析和研究還不夠，主要困難在于理論推導基于Matlab編程的強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的非線性全時間運動方程、能量方程以及如何應用有限元方法正確的求解Maxwell方程、拉各朗日方程和全時間電子的運動方程、能量方程。同時，實際實驗對于環境設備要求較高。

針對相關技術中無法立體探測強激光脈沖與高能電子對撞，并將其運用于實際實驗過程中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

本申請的主要目的在于提供一種強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的處理方法，以解決相關技術中無法立體探測強激光脈沖與高能電子對撞，并將其運用于實際實驗過程中的問題。

為了實現上述目的，根據本申請的一個方面，提供了一種強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的處理方法。

根據本申請的強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的處理方法包括：

采用Matlab三維編程模擬方法通過跟蹤每個電子在電磁場中的運動，模擬高能電子全空間運動軌跡，用于處理激光脈沖與高能電子相互作用過程的非線性過程，

其中，所述強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的理論和數值模擬依據，基于Matlab編程的強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的全時間和全空間特性的獲得。

進一步地，所述強激光脈沖與高能電子對撞的三維立體探測的理論和數值模擬依據，獲取的方法包括：

利用圓偏振激光脈沖對電子加速的原理，精確求解電子運動的相對論方程及激光的電磁理論的方程，得到高能電子運動軌跡的全空間方程和能量增益方程。