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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