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第一章 引言 1

第一节 X射线激光发展概况 1

一、什么是X射线激光 1

二、发展概况 2

第二节 等离子体X射线激光的基本特性 11

一、放大的自发辐射 11

二、高的泵浦功率密度 12

三、准直、单色、相干和高亮度的X射线源 13

第三节 等离子体X射线激光研究的主要内容 19

一、高温稠密等离子体中的原子物理 19

二、靶的加热和流体动力学 21

三、电离和反转动理学-泵浦机理 23

四、X射线激光实验和诊断 26

五、非线性光学方法与X射线激光 28

六、X射线激光的应用前景 29

参考文献 31

第二章 原子物理基础 40

第一节 单电子原子 41

一、薛定谔方程 41

二、有心力场问题 42

三、径向方程的解析解 43

四、能级和波长 44

五、相对论修正 45

一、薛定谔方程 47

第二节 多电子原子 47

二、矩阵方法 48

三、有心力场模型 48

四、乘积波函数 49

五、行列式波函数，反对称化 50

六、反对称波函数的耦合 51

七、电子组态 52

八、等效电子，闭合子壳层 53

九、等效电子的允许LS项 53

十一、多电子原子的能级结构 54

十、有多个开壳层的组态 54

十二、关于能级结构的几个例子 57

第三节 电子-原子碰撞理论 63

一、引言 63

二、平面波Born近似(PWBA) 64

三、库仑波Born近似(CBA) 65

四、扭曲波Born近似(DWBA) 66

五、广义振子强度(GOS) 67

六、电子碰撞激发截面 68

七、双电子复合过程 70

八、电子碰撞电离 71

一、光电离和辐射俘获过程 76

第四节 光电和辐射线跃迁简介 76

二、自发辐射和谱线吸收过程，即束缚？束缚过程 77

参考文献 79

第三章 强场中的原子物理 81

第一节 强场原子物理的有关现象 81

一、阈上电离现象 83

二、多次电离现象 87

三、高次谐波的产生 89

第二节 强场原子物理的非微扰理论 93

一、Kramers-Henneberger非微扰理论 93

二、非微扰理论对强场现象的分析 95

三、对非微扰理论的补充 102

参考文献 107

第四章 激光产生的等离子体 111

第一节 激光产生的等离子体的基本物理图像 111

一、基本物理图像 111

二、靶的烧蚀和冕区物理状态 115

第二节 电磁波在等离子体中的传播 118

一、等离子体中的光波波动方程 120

二、等离子体中折射指数和它与吸收的关系 124

三、非均匀等离子体中方程的解 125

四、斜入射光波在非均匀等离子体中的传播 129

第三节 激光在等离子体中的碰撞吸收和共振吸收 132

一、逆韧致吸收 133

二、共振吸收 143

第四节 等离子体中的波-波相互作用 146

一、参量不稳定性 146

二、有质动力 148

三、参量衰变不稳定性 151

四、受激喇曼散射(SRS) 153

五、受激布里渊散射(SBS) 156

六、双等离子衰变 158

七、成丝和自聚焦 159

第五节 等离子体波加热——波-粒子相互作用 161

一、碰撞阻尼 161

二、朗道阻尼 162

三、电子等离子体波的破碎 163

第六节 电子能量输运 165

一、经典输运 166

二、影响电子输运的一些物理因素 169

三、理论与实验问题 171

第七节 等离子体中辐射输运简介 171

一、辐射与靶相互作用的主要物理过程 172

二、光子的福克-普朗克方程 174

三、辐射输运方程 177

第八节 等离子体状态的理论模拟 178

一、描述靶流体力学运动的辐射流体力学方程组 179

二、平均原子模型的原子布居数速率方程组 182

三、多群扩散近似下的辐射输运方程组 187

四、入射激光能量沉积方程 188

五、状态方程和比热方程 190

六、有关数值模拟的现状和问题 190

参考文献 195

第五章 X射线激光机理 201

第一节 放大的自发辐射下的增益系数 201

一、线形函数 201

二、增益系数 202

三、增益饱和 205

四、放大函数 207

第二节 电离平衡和反转动理学 209

第三节 X射线束在等离子体中的传播 213

一、折射效应 213

二、捕获(Trapping)效应和逃逸概率 226

第四节 离子的电子碰撞激发 234

一、基本原理 234

二、类氖离子的电子碰撞激发 239

三、类镍离子的电子碰撞激发 247

四、0-1反常 250

五、多脉冲泵浦 250

六、毛细管放电泵浦 253

一、基本原理 256

第五节 离子的电子碰撞复合(三体复合) 256

二、类氢和类锂离子的速率方程 261

三、能够产生X射线激光的等离子体状态 264

四、进入复合软X射线激光目标区的途径 270

第六节 共振光激发机制 277

一、基本原理 277

二、反转动理学 280

第七节 其它机制简介 285

一、离子的光电离 285

二、光电子泵浦 290

三、原子-离子电荷交换 292

一、强光场下复合X射线激光 293

第八节 与强场有关的X射线激光机理 293

二、强光场下电子碰撞激发机制 308

三、强光场下团簇X射线辐射放大 315

参考文献 327

第六章 X射线激光增益实验及诊断技术 337

第一节 驱动源和线聚焦技术 339

一、驱动源概述 339

二、驱动源特性参数测量 341

三、线聚焦技术 350

第二节 X射线激光实验常用诊断仪器 360

一、罗兰圆光栅谱仪 360

二、变栅距平焦场光栅谱仪 362

三、透射式光栅谱仪 366

四、空间分辨及高谱分辨光栅谱仪 368

五、X射线晶体谱仪 370

六、针孔及双狭缝相机 376

七、微通道板及X射线扫描相机 377

八、菲涅耳波带板 379

九、探针光及诊断系统 381

第三节 X射线激光增益实验 384

一、实验前的准备 384

二、增益测量及增益饱和 393

三、电子碰撞激发方案 396

四、三体复合机制 419

五、毛细管放电软X射线激光 425

六、强激光场驱动软X射线实验 431

七、增益区状态诊断 436

八、X射线激光特性诊断 446

九、软X射线多层膜反射镜 452

参考文献 466

第七章 非线性光学方法在短波长相干光产生中的应用 477

第一节 非线性光学极化率 477

第二节 电磁波在非线性介质中的传播 482

第三节 产生VUV及XUV相干光的非线性光学方法 485

一、光束聚焦和相位匹配 488

二、非线性极化率的共振增强 491

三、频率变换获得短波长相干光的实验条件 493

四、各种竞争过程对转换效率的限制 497

第四节 高次谐波发生 498

一、实验研究 500

二、理论研究 506

三、高次谐波的控制 510

第五节 无粒子数反转激光 513

参考文献 520

第一节 生物细胞的X射线激光成像 523

一、成像要素 523

第八章 X射线激光的应用前景 523

二、X射线激光显微镜术 524

三、X射线激光全息术 527

第二节 X射线激光诊断激光产生的等离子体状态 534

一、问题的提出 534

二、用软X射线激光探测等离子体的电子密度 536

三、用于ICF中印迹诊断 542

第三节 X射线激光应用前景评述 544

一、与应用有关的基本特性 544

二、X射线激光在基础科学方面的应用前景 546

三、X射线光学 552

参考文献 553