Посилення світла у процесі розсіювання електрона на ядрі у світловому полі - Автореферат

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук ПОСИЛЕННЯ СВІТЛА У ПРОЦЕСІ РОЗСІЮВАННЯ ЕЛЕКТРОНА НА ЯДРІ У СВІТЛОВОМУ ПОЛІРобота виконана у Інституті прикладної фізики НАН України. Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор Рощупкін Сергій Павлович, зав. лабораторії “Квантової електродинаміки сильних полів” Інституту прикладної фізики НАН України Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Захист відбудеться “5 ”липня 2006 року о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 55.250.01 при Інституті прикладної фізики НАН України за адресою: м.Взаємодія інтенсивного електромагнітного випромінювання з електронами - частина фізики взаємодії інтенсивного лазерного випромінювання з речовиною, що набула великого розвитку в звязку зі створенням лазерів та значним і швидким прогресом у збільшенні їх потужності. Дисертаційна робота виконана у теоретичному відділі Інституту прикладної фізики НАН України і є частиною досліджень, що проводилися за проектом “Стохастичні, когерентні та резонансні квантово-електродинамічні явища в сильних електромагнітних полях та інтенсивних іонних пучках” (державний реєстраційний №0102U002777), а також за грантом “Розсіяння фотонів ядрами і електронами в присутності електромагнітної хвилі та магнітного поля” (розпорядження президії НАН України №231 від 14.04.2005р., державний реєстраційний №0105U005964). Для досягнення поставленої мети в дисертації вирішуються такі завдання: • для випадку нерелятивістських енергій електрона проводиться чисельний розрахунок коефіцієнту посилення в області середніх і сильних полів; • у нерелятивістському наближенні за енергією електрона розраховується коефіцієнт посилення світла в процесі розсіювання електрона на ядрі у двомодовому лазерному полі; Здобуті в дисертації аналітичні вирази для коефіцієнту посилення електромагнітного випромінювання у середніх та помірно сильних полях прості для розуміння й аналізу, а розвинута в роботі теорія в цілому сприяє поглибленню знань про можливість посилення світла в процесі розсіювання електронів на ядрах в полі лазерного випромінювання і дозволяє передбачити ефект значного посилення світла для потужних нерелятивістських електронних пучків.У вступі обгрунтована актуальність обраної теми, сформульована мета та визначені основні завдання дослідження, відображені новизна отриманих результатів, їх наукове, практичне значення та апробація, визначений особистий внесок здобувача, поданий короткий зміст роботи.Показано, що посилення світла має місце у широкому інтервалі полярних кутів початкового стану електрона поблизу площини поляризації. Зі зростанням інтенсивності поля коефіцієнт посилення та інтервал кутів, в якому має місце посилення світла, повільно зменшуються. Для швидкостей осциляцій електрона у хвилі, які перевищують швидкість поступального руху електрона, ефект посилення зникає. Показано, що посилення світла має місце у певному інтервалі полярних кутів початкового стану електрона. При цьому залежність коефіцієнту посилення від полярного кута має чітко виражений максимум, який визначається початковою швидкістю електрона (), а інтервал кутів, де , істотно залежить від енергії електрона та інтенсивності хвилі.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Побудована нерелятивістська теорія посилення світла при розсіюванні електрона на ядрі в полі сильної циркулярно поляризованої електромагнітної хвилі. Показано, що посилення світла має місце у широкому інтервалі полярних кутів початкового стану електрона поблизу площини поляризації. Максимальний коефіцієнт посилення реалізується при початковому русі електрона в площині поляризації хвилі. Зі зростанням інтенсивності поля коефіцієнт посилення та інтервал кутів, в якому має місце посилення світла, повільно зменшуються. Для швидкостей осциляцій електрона у хвилі, які перевищують швидкість поступального руху електрона, ефект посилення зникає.

2. Побудована загальна релятивістська теорія посилення світла при розсіюванні електрона на ядрі у полі помірно сильної циркулярно поляризованої хвилі. Показано, що посилення світла має місце у певному інтервалі полярних кутів початкового стану електрона. При цьому залежність коефіцієнту посилення від полярного кута має чітко виражений максимум, який визначається початковою швидкістю електрона ( ), а інтервал кутів, де , істотно залежить від енергії електрона та інтенсивності хвилі.

3. Максимальне посилення електромагнітного випромінювання має місце для нерелятивістських електронів в області середнього поля. У цьому випадку залежність коефіцієнту посилення від полярного кута початкового стану електрона має максимум поблизу площини поляризації, а інтервал кутів, в якому , найширший.

4. Зі збільшенням енергії електронів при незмінній інтенсивності поля розташування піку зсувається до менших кутів, а його величина досить швидко зменшується ~ і для ультрарелятивістських енергій електрона ефект посилення зникає.

5. Зі зростанням інтенсивності поля при незмінній енергії електронів розташування піку у залежності від полярних кутів початкового стану електрона майже не змінюється, але зменшується його величина, а інтервал кутів, де , стає вужчим. При цьому таке звуження інтервалу кутів і зменшення в області середнього поля відбуваються досить повільно і лише для помірно сильного поля коефіцієнт посилення монотонно зменшується.

6. Побудована нерелятивістська теорія посилення електромагнітного випромінювання при розсіюванні електрона на ядрі в помірно сильному двомодовому лазерному полі. Показано, що інтервал полярних кутів, в якому має місце посилення поля, не залежить від кількості мод лазера, а визначається лише інтенсивністю хвиль.

7. Практичне використання ефекту посилення електромагнітного випромінювання можливе для достатньо щільних нерелятивістських електронних пучків.

1. Kumita T., Kamiya Y. et al. Observation of the Nonlinear Effect in Relativistic Thomson Scattering of Electron and Laser Beams // Laser Physics. - 2006. - V.16, No.2. - P.267-271.

2. Fedorov M.V. Atomic and Free Electrons In a Strong Light Field. - Singapore, New Jersey, London, Hong Kong: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 1997.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Roshchupkin S.P., Tsybulnik V.A., Chmirev A.N. Probability of multiphoton processes in phenomena of a quantum electrodynamics in a strong light field // Laser Physics. - 2000. - V.10, No.6. - P.1231-1248.

2. Tsybulnik V.A., Roshchupkin S.P. The Light Amplification Effect in the Coulomb Scattering of Nonrelativistic Electrons in a Field of a Strong Circularly Polarized Light Wave // Laser Physics Letter. - 2004. - V.1, No.7. - P.357-361.

3. Рощупкин С.П., Цыбульник В.А.. Эффект усиления света в процессе рассеяния релятивистского электрона на ядре в поле умеренно сильной циркулярно поляризованной световой волны // ЖЭТФ. - 2005. - Т.127, No.5. - С.1005-1016.

4. Roshchupkin S.P., Tsybulnik V.A. The light amplification effect in the Coulomb scattering of nonrelativistic electrons in a two-mode laser field // Laser Physics Letters. - 2006. - V.3, No.7. - P.362-368 (online 21 march, DOI 10.1002/lapl.200610016).

5. Цыбульник В.А., Рощупкин С.П. Вероятность многофотонных процессов в поле двух световых волн: свойства функций // Тезисы докладов. Научно-техническая конференция преподавателей, сотрудников и студентов механико-математического факультета (3-7 апреля). - Сумы: СУМГУ, 2000. - С.19-22.

6. Roshchupkin S.P., Tsibulnik V.A. The Light Amplification Effect in the Process of an Electron Scattering a Nucleus in a Strong Laser Field. // Proceedings of LFNM 2003, 5th International Workshop on Laser and Fiber-optical Networks Modeling, 19-20 September. - Alushta, Crimea, Ukraine: 2003. - P.106-108.

7. Tsibulnik V.A., Roshchupkin S.P. The light amplification in the scattering of an electron by a nucleus in the field of strong circularly polarized light wave // Book Of Abstracts. 13th International Laser Physics Workshop (LPHYS"04), July 12-16. - Trieste, Italy: 2004. - P.157.

8. Roshchupkin S.P., Tsibulnik V.A. The light amplification in the scattering of relativistic electron by a nucleus in the light wave field // Proceedings of LFNM 2004, 6th International Conference on Laser and Fiber-Optical Networks Modeling, 6-9 September. - Kharkiv, Ukraine: 2004. - P.248-250.

9. Рощупкин С.П., Цыбульник В.А. Возможность усиления света в процессе рассеяния релятивистского электрона на ядре в поле световой волны. Тезисы докладов. III конференция по физике высоких энергий, ядерной физике и ускорителям, 28 февраля - 4 марта. - Харьков: ННЦ "`ХФТИ"", 2005. - С.50-51.

10. Roshchupkin S.P., Tsibulnik V.A. Possibility of the light amplification in the scattering of electron by ions in the moderately strong light fields // Abstract Book of International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, May 11-15. - St.Petersburg, Russia: 2005. - IFF3.

11. Roshchupkin S.P., Tsibulnik V.A., Freiv A.V. The light amplification effect in the scattering of electron by a nucleus in the electromagnetic field. // Proceedings CAOL 2005. 2-nd International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers, September 12-17. - V.2. - Yalta, Crimea, Ukraine: 2005. - P.120-123.