强场激光物理

《强场激光物理》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效应。前三章为一些理论介绍，包括强场激光、强激光与电子、原子和团簇相互作用以及等离子体物理基础理论；第4、5章分别为强激光与稀薄等离子体和固体靶相互作用；第6章简单介绍传统加速器和高能粒子束，为后面几章作准备；第7～9章为强场激光的重要应用，即强激光驱动的高能电子束、高能离子束和强辐射源；第10、11章为强场激光在等离子体和真空中的量子电动力学效应；第12章介绍激光核物理。

目录
前言
第1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啁啾脉冲放大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23
1.9激光对比度25
1.10激光的相干性26
1.11强场激光的发展趋势28
第2章强激光与电子、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
2.2.3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
2.3带电粒子在恒定磁场中的运动43
2.3.1回旋运动44
2.3.2漂移运动45
2.3.3绝热不变量47
2.3.4纵向不变量和费米加速50
2.3.5磁谱仪51
2.4电子在电磁场中的运动51
2.5激光驱动电子加速（非尾场）56
2.5.1稀薄等离子体中电子加速56
2.5.2平面激光对电子薄层的加速57
2.5.3非平面光束驱动电子加速58
2.5.4真空加速的一般性讨论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等离子体的重要特性68
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
3.2.3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电子等离子体波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流体不稳定性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*不稳定性108
3.6动理学不稳定性109
3.6.1粒子-波相互作用109
3.6.2韦伯不稳定性110
3.6.3其他不稳定性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性响应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123
4.2.1高斯激光在真空中的传输123
4.2.2激光在气体中的传输125
4.2.3激光在磁化等离子体中的传输128
4.2.4法拉第旋转130
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受激拉曼散射145
4.6.3相对论激光的拉曼散射150
4.6.4涡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双等离子体波衰变157
4.6.7受激布里渊散射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偏振斜入射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光阴极发射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线性模式转换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电子温度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射频加速器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高能粒子束的基本性质197
6.2.1能散度197
6.2.2电流强度198
6.2.3发射度198
6.2.4发射度测量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强流电子束214
6.4.1真空中高能粒子束的场214
6.4.2背景等离子体中电子束的电磁场216
6.4.3电子束自身电磁场对电子横向运动的影响216
6.5粒子源217
6.5.1电子源217
6.5.2正电子源217
6.5.3离子源218
6.5.4缪子源218
第7章等离子体电子加速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*大尾波场223
7.2.3稀薄等离子体中非线性尾场225
7.3三维尾场225
7.3.1线性尾场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230
7.4.2电子束驱动尾场231
7.4.3质子束驱动尾场234
7.5自调制尾场加速234
7.6拍频激光驱动等离子体波235
7.7电子在尾场中的运动235
7.7.1背景电子的捕获235
7.7.2电子失相和激光侵蚀236
7.7.3试探电子在尾场中的纵向运动237
7.7.4电子在尾场中的横向回旋运动238
7.8空泡加速对激光参数的要求241
7.9电子注入与电子源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等离子体尾场电子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其他加速机制252
7.12.1激光直接加速252
7.12.2涡旋激光加速253
7.12.3大电荷量电子加速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
8.2.3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性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性282
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其他加速机制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其他级联加速机制288
8.9等离子体离子加速展望290
第9章强激光驱动辐射源292
9.1辐射描述292
9.2热辐射294
9.3激光驱动原子辐射294
9.3.1K.线辐射295
9.4X射线激光295
9.4.1增益系数296
9.4.2电子碰撞激发机制297
9.4.3复合泵浦机制298
9.4.4X射线激光的进展298
9.5静磁场的产生和测量299
9.5.1热电机制299
9.5.2韦伯不稳定性产生磁场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.