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内容大纲
本书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。
本书较为全面地介绍了强场激光物理理论和实验的最新进展，主要目的是为刚进入这一领域的研究生提供一本较全面的参考书，也可供这一领域的科技人员、对强场物理感兴趣的其他研究领域的科技工作者参考，对强场物理感兴趣的高年级本科生也可阅读。 -
作者介绍
沈百飞，江苏启东人，国家杰出青年科学基金获得者。1989年于西安交通大学物理系获学士学位，1994年于中国科学院上海光学精密机械研究所获光学博士学位，导师为徐至展院士。主要从事超强超短激光与等离子体等物质的相互作用研究。提出超强激光光压加速离子并给出微观解释；开拓超强相对论涡旋激光与等离子体相互作用研究方向；在强场量子电动力学效应领域取得若干成果，翻译出版《惯性聚变物理》。成果入选“中国十大科技进展新闻”（2016年），获上海市自然科学奖一等奖。 -
目录
前言
第1章 强场激光
1.1 光子
1.2 光波
1.3 光场的量子化
1.4 短脉冲激光
1.5 啁啾脉冲放大
1.6 激光模式
1.6.1 高斯激光
1.6.2 贝塞尔光
1.6.3 拉盖尔-高斯光
1.6.4 矢量光
1.7 激光纵向场
1.8 非理想光束和多模激光
1.9 激光对比度
1.10 激光的相干性
1.11 强场激光的发展趋势
第2章 强激光与电子、原子和团簇相互作用
2.1 相对论协变描述
2.2 电磁相互作用基本理论
2.2.1 洛伦兹规范
2.2.2 库仑规范
2.2.3 激光的能量、动量和角动量
2.2.4 电磁场中电荷运动的基本方程
2.2.5 坐标变换和洛伦兹变换
2.3 带电粒子在恒定磁场中的运动
2.3.1 回旋运动
2.3.2 漂移运动
2.3.3 绝热不变量
2.3.4 纵向不变量和费米加速
2.3.5 磁谱仪
2.4 电子在电磁场中的运动
2.5 激光驱动电子加速（非尾场）
2.5.1 稀薄等离子体中电子加速
2.5.2 平面激光对电子薄层的加速
2.5.3 非平面光束驱动电子加速
2.5.4 真空加速的一般性讨论
2.6 强激光与原子相互作用
2.6.1 光场电离
2.6.2 气体高次谐波
2.7 强激光与团簇相互作用
2.8 强激光与原子核相互作用
第3章 等离子体物理基础理论
3.1 等离子体的重要特性
3.1.1 德拜长度
3.1.2 等离子体鞘层
3.1.3 耦合等离子体
3.1.4 碰撞频率
3.1.5 等离子体频率
3.1.6 电离与复合
3.1.7 萨哈平衡
3.2 等离子体描述方法
3.2.1 单粒子轨道
3.2.2 粒子模拟
3.2.3 等离子体的动理学描述
3.2.4 等离子体流体方程
3.2.5 相对论磁流体方程
3.2.6 物态方程
3.2.7 等离子体流体数值模拟
3.3 磁化等离子体
3.3.1 广义欧姆定律
3.3.2 磁化等离子体的.值
3.3.3 磁冻结和磁扩散
3.4 等离子体中的波
3.4.1 色散关系和介电张量
3.4.2 电子等离子体波
3.4.3 离子声波
3.4.4 磁声波
3.4.5 阿尔芬波
3.5 流体不稳定性
3.5.1 瑞利-泰勒不稳定
3.5.2 .箍缩和Z箍缩
3.5.3 腊肠和扭曲不稳定性
3.6 动理学不稳定性
3.6.1 粒子-波相互作用
3.6.2 韦伯不稳定性
3.6.3 其他不稳定性
3.7 自相似模型
3.7.1 等离子体膨胀
3.7.2 爆轰波
第4章 强激光与稀薄等离子体相互作用
4.1 强激光在等离子体中的传输方程
4.1.1 基本方程
4.1.2 等离子体对弱激光场的线性响应
4.1.3 相对论强激光的传输方程
4.1.4 激光在等离子体中传输的色散关系
4.1.5 相对论自透明
4.1.6 慢变振幅近似
4.1.7 准稳态近似
4.2 激光的传输
4.2.1 高斯激光在真空中的传输
4.2.2 激光在气体中的传输
4.2.3 激光在磁化等离子体中的传输
4.2.4 法拉第旋转
4.3 相对论冷等离子体流体方程
4.3.1 一维相对论冷等离子体
4.4 激光的纵向调制与孤子
4.5 激光的横向调制与自聚焦
4.5.1 等离子体密度扰动引起的自聚焦
4.5.2 相对论自聚焦
4.5.3 激光在预等离子体通道中的传输
4.5.4 激光等离子体通道间的相互作用
4.6 参量过程
4.6.1 三波耦合的一般理论
4.6.2 受激拉曼散射
4.6.3 相对论激光的拉曼散射
4.6.4 涡旋激光的受激拉曼散射
4.6.5 受激拉曼散射的抑制
4.6.6 双等离子体波衰变
4.6.7 受激布里渊散射
4.7 等离子体光栅
第5章 强激光与固体靶相互作用
5.1 激光固体等离子体相互作用中的基本物理过程
5.2 一维非均匀等离子体的WKB解
5.2.1 s偏振斜入射
5.3 强激光与固体薄膜相互作用
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
5.3.2 相对论透明
5.3.3 薄膜靶产生少周期相对论激光脉冲
5.3.4 两束激光与薄膜靶相互作用
5.3.5 相对论激光与双靶的相互作用
5.4 临界密度附近的激光等离子体加热
5.4.1 光阴极发射
5.4.2 碰撞吸收
5.4.3 u×B加热
5.4.4 真空加热
5.4.5 共振加热
5.4.6 线性模式转换
5.4.7 结构靶
5.5 等离子体密度轮廓的演化
5.5.1 电子温度
5.5.2 热传导
5.5.3 密度轮廓变陡
5.6 电磁波在等离子体表面和等离子体通道中的传输
5.6.1 电磁波在等离子体表面的传输
5.6.2 电磁波在中空等离子体通道中的传输
5.7 激光打孔和相对论有质动力通道
5.7.1 有质动力通道
5.7.2 长脉冲激光的打孔效应
第6章 传统加速器和高能粒子束
6.1 传统加速器
6.1.1 天然加速机制
6.1.2 高电压加速器
6.1.3 电磁感应加速器
6.1.4 射频加速器
6.1.5 稳相加速
6.1.6 传统加速器的应用
6.1.7 传统加速器的现状
6.2 高能粒子束的基本性质
6.2.1 能散度
6.2.2 电流强度
6.2.3 发射度
6.2.4 发射度测量
6.2.5 亮度
6.3 粒子束在真空和磁场中的传输
6.3.1 高能粒子在常梯度磁场中的弱聚焦
6.3.2 磁四极透镜
6.3.3 粒子在磁场中运动的哈密顿描述
6.3.4 粒子传输矩阵
6.3.5 螺线管磁场
6.3.6 刘维尔定理
6.3.7 单粒子运动椭球
6.3.8 粒子束的压缩
6.4 强流电子束
6.4.1 真空中高能粒子束的场
6.4.2 背景等离子体中电子束的电磁场
6.4.3 电子束自身电磁场对电子横向运动的影响
6.5 粒子源
6.5.1 电子源
6.5.2 正电子源
6.5.3 离子源
6.5.4 缪子源
第7章 等离子体电子加速
7.1 传统加速器中的尾场
7.2 激光驱动一维尾场
7.2.1 一维尾场方程
7.2.2 波破与最大尾波场
7.2.3 稀薄等离子体中非线性尾场
7.3 三维尾场
7.3.1 线性尾场
7.3.2 三维空泡的场结构
7.4 粒子束驱动尾场
7.4.1 同轴加速能量极限
7.4.2 电子束驱动尾场
7.4.3 质子束驱动尾场
7.5 自调制尾场加速
7.6 拍频激光驱动等离子体波
7.7 电子在尾场中的运动
7.7.1 背景电子的捕获
7.7.2 电子失相和激光侵蚀
7.7.3 试探电子在尾场中的纵向运动
7.7.4 电子在尾场中的横向回旋运动
7.8 空泡加速对激光参数的要求
7.9 电子注入与电子源
7.9.1 激光注入
7.9.2 密度梯度注入
7.9.3 电离注入
7.9.4 颗粒注入
7.10 等离子体尾场加速的优化
7.10.1 注入优化
7.10.2 单级加速优化
7.10.3 多级加速与外注入
7.11 等离子体尾场电子加速实验方法与进展
7.11.1 等离子体参数
7.11.2 激光参数
7.11.3 目前实验进展
7.12 激光等离子体相互作用的其他加速机制
7.12.1 激光直接加速
7.12.2 涡旋激光加速
7.12.3 大电荷量电子加速
7.13 激光驱动尾场加速的自相似定标
第8章 等离子体离子加速
8.1 鞘层场加速
8.1.1 鞘层场加速基本理论
8.1.2 激光对比度对鞘层场加速的影响
8.1.3 改进型靶后鞘层场加速
8.1.4 鞘层场加速的特点
8.2 无碰撞激波加速
8.2.1 激波基本理论
8.2.2 相对论激波
8.2.3 无碰撞静电激波
8.2.4 强激光热压驱动的静电激波
8.3 强激光光压驱动的静电激波
8.3.1 光压驱动静电激波加速基本理论
8.3.2 光压驱动静电激波加速的准稳结构
8.3.3 试探粒子在静电场中的运动
8.3.4 静电激波加速中的一维不稳定性
8.3.5 静电激波重离子加速
8.4 磁声激波质子加速
8.5 强激光驱动光压加速
8.5.1 光压整体加速
8.5.2 光压加速的微观机制
8.5.3 光压加速中的横向不稳定性
8.5.4 光压加速的特点
8.6 等离子体尾场质子加速
8.6.1 激光驱动尾场质子加速
8.6.2 质子束驱动尾场质子加速
8.6.3 等离子体尾场质子加速的横向聚焦
8.7 其他加速机制
8.7.1 磁涡旋加速
8.7.2 BOA加速
8.8 外注入和级联加速
8.8.1 级联鞘层场质子加速
8.8.2 其他级联加速机制
8.9 等离子体离子加速展望
第9章 强激光驱动辐射源
9.1 辐射描述
9.2 热辐射
9.3 激光驱动原子辐射
9.3.1 K.线辐射
9.4 X射线激光
9.4.1 增益系数
9.4.2 电子碰撞激发机制
9.4.3 复合泵浦机制
9.4.4 X射线激光的进展
9.5 静磁场的产生和测量
9.5.1 热电机制
9.5.2 韦伯不稳定性产生磁场
9.5.3 圆偏振或涡旋激光产生的轴向静磁场
9.5.4 真空中产生强磁场
9.5.5 磁重联
9.5.6 磁场测量
9.6 电子运动产生的辐射
9.6.1 运动电荷的辐射功率
9.6.2 辐射反作用
9.6.3 运动电荷的辐射电磁场
9.7 同步辐射
9.8 回旋辐射
9.8.1 高能电子在等离子体空泡中的回旋辐射
9.9 自由电子激光
9.10 汤姆孙散射和康普顿散射
9.10.1 汤姆孙散射用于等离子体诊断
9.10.2 非线性汤姆孙散射和非线性康普顿散射
9.11 相对论高次谐波
9.11.1 弱相对论激光驱动的高次谐波
9.11.2 高密度固体表面相对论谐波
9.11.3 圆偏振激光驱动的高次谐波
9.11.4 相对论振荡镜模型
9.11.5 超强相对论激光的高次谐波
9.11.6 涡旋相对论激光的高次谐波
9.12 轫致辐射
9.13 切伦科夫辐射
9.14 渡越辐射
9.15 太赫兹辐射
9.15.1 与稀薄等离子体相互作用产生太赫兹辐射
9.15.2 与固体靶相互作用产生太赫兹辐射
9.16 强激光驱动电磁脉冲
9.17 光子加速与相对论运动镜面反射
9.17.1 光子加速基本理论
9.17.2 相对论运动镜面反射
9.17.3 超光速镜面与光脉冲折叠
第10章 强场激光等离子体相互作用中的量子电动力学效应
10.1 狄拉克方程
10.2 施温格场
10.3 弱场微扰散射
10.3.1 弱场散射理论
10.3.2 康普顿散射
10.3.3 单光子光光散射
10.4 强场量子电动力学效应
10.5 辐射主导区和量子主导区
10.5.1 辐射反作用与辐射主导区
10.5.2 单电子在激光场中的辐射反作用
10.5.3 等离子体中的辐射反作用
10.5.4 量子主导区
10.6 弱场近似、局域交叉场近似和恒定场近似
10.7 强场量子电动力学效应的数值模拟
10.7.1 蒙特卡罗模拟
10.7.2 正负电子对产生
10.7.3 数值计算中的其他问题
10.8 电子极化
10.8.1 辐射极化效应
10.8.2 相对论性自旋电子在电磁场中的运动
10.9 强激光驱动正负电子对实验进展
10.9.1 高能电子非线性康普顿散射及真空正负电子对产生实验
10.9.2 强激光与等离子体相互作用产生正负电子对
10.9.3 正电子加速
10.10 强激光驱动极化粒子束
10.11 反质子、缪子等的产生
第11章 真空强场量子电动力学效应
11.1 光光散射
11.2 真空双折射
11.3 四波混频效应
11.4 经典随机行走和量子随机行走
11.5 多模激光的光光散射
11.6 真空正负电子对产生
11.7 强场激光与类轴子
第12章 激光核物理
12.1 重要核过程
12.1.1 核结构
12.1.2 核衰变与谱宽
12.1.3 核自旋
12.1.4 巨共振
12.1.5 电子跃迁激发核跃迁
12.2 等离子体中核反应
12.2.1 等离子体中的核反应截面
12.3 激光核聚变
12.3.1 快点火和冲击波点火
12.3.2 PB反应
12.3.3 聚变-裂变堆
12.4 核反应射线源
12.4.1 聚变中子源
12.4.2 激光质子束驱动中子源
12.4.3 聚变质子源
12.4.4 激光质子驱动活化反应及伽马射线
12.5 高能射线在物质中的传输
12.5.1 重带电粒子的传输
12.5.2 电子束的传输
12.5.3 正电子的传输
12.5.4 伽马射线的传输
12.5.5 中子的传输
12.6 激光射线束传输中的集体效应
12.6.1 阿尔法电流极限
12.6.2 电子热传导
12.6.3 超热电子在等离子体中传输的集体效应
12.6.4 超热电子传输的不稳定性和反常制动
12.7 激光驱动放射性治疗
12.7.1 射线剂量
12.7.2 电子束和伽马刀放疗
12.7.3 质子束放疗
12.8 激光驱动射线束的成像
12.8.1 激光质子束成像
12.8.2 激光驱动伽马射线成像
12.8.3 其他激光射线束的成像
12.9 激光射线束的其他应用
12.9.1 单粒子效应
12.9.2 缪子的应用
12.9.3 质子束诱导X射线荧光分析
附录
参考书目
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