[发明专利]电子运动轨迹预测方法和存储介质

说明书

本发明公开了电子运动轨迹预测方法和存储介质，根据预先确定的相对论电子的幅度参数、相位参数、焦点直径、脉冲宽度和激光脉冲宽度确定飞秒紧聚焦高斯激光脉冲的矢量势模型；根据所述矢量势模型确定洛伦兹方程和能量方程以及速度分量，根据速度分量获得所述电子在直角坐标系的运动轨迹。本发明基于在激光脉冲产生的电磁场的驱动下，电子产生相对论振荡和相应的全空间辐射，建立飞秒紧聚焦高斯激光脉冲的矢量势模型，并通过模型确定电子的速度分量确定方法，能够预测电子的运动轨迹，无需采用复杂、要求很高的实验设备就能获得单个电子模型的发射空间分布的动力学和全部特征，预测得到电子的运动轨迹，且提高了预测精度。

技术领域

本发明涉及电子运动轨迹预测方法和装置，具体涉及飞秒紧聚焦 高斯激光脉冲(FTFGLP，femtosecond tightly focused gaussian laserpulse)驱动的单个电子的电子运动轨迹预测，属于电子辐射技术 领域。

背景技术

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。经历了约一个世纪不停息的开拓和发展，现代的电子学已发 展成为当代最引人注目的专业和学科之一。

众所周知，近十年来，超短距离强激光技术取得了巨大飞跃。同 时，激光脉冲的持续时间已经进入了飞秒甚至是秒的时代，这反过来 促进了所谓的“高场科学”的快速发展。目前，学者们不仅提出了许 多电子加速方案，而且在实验室中采用了激光加速以获得高能电子。 与其他加速方案相比，真空中的激光加速方案解决了电子注入的技术 难题，具有能量高的优点。然而，高能电子由于其强大的能量而难以 控制和破坏，同时容易对设备和实验造成不可挽回的损害，从而影响 电子的运动轨迹的预测精度。因此，迫切需要一种模拟电子加速度轨 迹的方案来预测电子的运动并确定电子全时运动特性和全空间运动 特性。

发明内容

本发明针对真空中的激光电子加速方案对实验条件要求较高，且 高能电子容易对设备和实验造成不可挽回的损害，从而难以确定电子 电子运动轨迹的技术问题，提供一种电子运动轨迹预测方法和装置。

一方面，本发明提供了电子运动轨迹预测方法，设定线性极化的 飞秒紧聚焦高斯激光脉冲沿坐标轴传播并且在坐标系原点处有一个 初始能量稳定的电子，所述方法包括以下步骤：

根据预先确定的相对论电子的幅度参数、相位参数、焦点直径、 脉冲宽度和激光脉冲宽度确定飞秒紧聚焦高斯激光脉冲的矢量势模 型；根据所述矢量势模型确定洛伦兹方程和能量方程以及速度分量， 根据速度分量获得所述电子在直角坐标系的运动轨迹。

进一步地，确定的相对论电子的幅度参数a₀表示如下：

其中C₀数值为0.85×10^-9，λ₀和I激光的长度和波长。

进一步地，所述飞秒紧聚焦高斯激光脉冲的矢量势模型表示如下：

其中a₀是幅度参数，表征激光脉冲的强度，是飞秒紧聚焦高斯激光 脉冲的相位参数，C为第一中间参数和CL为第二中间参数，

b₀是焦点直径；为相应的瑞利长度，b为脉冲宽度，L为激光 脉冲宽度。

再进一步地，所述飞秒紧聚焦高斯激光脉冲的相位参数的表示 方式如下：

其中c₀是啁啾系数，是激光脉冲的初始阶段，和明聚 焦的波前曲率有关，为波前与光束轴相交的Z坐标曲率 半径，是与R(z)有关的古相位移。