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自从激光器出现以来,激光与物质相互作用就逐渐成为物理学研究的前沿和热点问题。特别是,在这些相互作用过程中可以产生各个频段的辐射,使得对其作用过程的研究不仅具有极其重要的学术意义,而且具有广泛的应用前景。同时,这些辐射产生的过程在本质上是量子问题,只有采用量子力学描述才能更加深入地认识辐射过程的物理实质。本论文通过修正和推广Langevin噪音理论,对非均匀吸收介质和各向异性吸收介质中电磁场的量子化进行了系统的理论研究,并利用这些量子化的电磁场分别建立了各向异性吸收介质中Cherenkov辐射的全量子理论和激光-等离子体中辐射的全量子理论,获得了一系列有意义的结果。以下为本论文的主要研究结果:
1.利用Langevin噪音理论对具有二次连续变化形式介电函数的吸收介质中电磁场进行了量子化,用所得量子化电磁场计算了电场在真空态中波动的功率谱,所得结果可以在讨论无限均匀吸收介质时给出与前人相同的结论。
2.提出了一种在任意非均匀吸收介质中求解格林函数的新方法,该方法把满足亥姆霍兹方程的格林函数设成一个积分表达式,从而将姆霍兹方程转变为一个可利用Feyman路径积分法求解的复势薛定谔方程。利用这个方法可以得到任意非均匀吸收介质中的格林函数,进而可以实现任意非均匀吸收介质中的电磁场量子化。
3.通过将Langevin噪音理论中定义的修正因子从标量形式推广的矢量形式,使Langevin噪音理论的适用范围从各向同性吸收介质拓展到各向异性吸收介质,从而实现三维各向异性吸收介质中电磁场的量子化。
4.发现了各向异性吸收介质中修正因子所必须满足的积分方程,利用这个积分方程可得到任意各向异性吸收介质相对应的修正因子,进而通过Langevin噪音理论实现任意各向异性吸收介质中电磁场的量子化。
5.建立了各向异性吸收介质中Cherenkov辐射的全量子理论,发现利用全量子理论得到的Cherenkov辐射角比经典定义的要小。吸收介质的各向异性性质对Cherenkov辐射角没有影响,但会改变Cherenkov辐射功率的大小,这样通过调节吸收介质的各向异性性质可以来控制Cherenkov辐射功率。
6.建立了激光-等离子体中辐射的全量子理论,从理论上说明,强度在1010W/cm2到1012W/cm2之间的激光与等离子相互作用中产生的辐射,主要是来自于等离子体共振。并且,出射光子率与非束缚自由电子和辐射场之间的夹角有关。此外,低碰撞率的等离子体内部更容易产生光子。