为了探究在圆偏振激光脉冲中电子初始位置对其运动轨迹和空间角辐射的影响, 根据非线性汤姆逊散射模型、能量方程以及拉格朗日方程推导出了高能电子的空间运动方程, 并与MATLAB数值模拟的方法相结合, 做出了高能电子空间运动轨迹图和空间角辐射模拟图。结果表明, 电子在涡旋横向力的作用下在全空间运动的前部轨迹呈紧密分离螺旋状, 而后部轨迹由空间间隔遥远的稀疏圆组成, 随着电子初始位置的右移, 空间角辐射达到最大值时, 极角θ和方位角的值有不断减小的趋势, 在z0=5λ0后趋于稳定, (θ,)=(23.5°,175.5°); 激光脉冲中电子初始位置的改变对电子的运动轨迹和空间角辐射有较大影响。该结果为后续研究电子初始位置对高能电子辐射特性的影响奠定了基础。

采用单电子模型分析了电子在线极化激光驻波中的动力学及谐波自发辐射谱, 数值计算了电子在驻波中的运动情况及辐射谱。结果表明:电子在波节和波腹处入射后, 其辐射谱出现不同的特征;电子在波节处垂直磁场入射后, 在洛伦兹力作用下快速振动并向前运动, 其向后辐射的光谱发生红移, 向前辐射的光谱发生蓝移, 谱线出现展宽;当激光强度或者电子初始能量增大时, 这些效应更加突出, 以至于产生更高阶谐波, 形成连续谱;而电子在波腹处以平行电场的方向入射后, 仅在电场作用下作直线运动, 其自发辐射谱线没有发生移动和展宽。

采用相对论Lorentz方程,数值计算了高能电子在线极化激光驻波场中的运动过程。计算结果表明,电子能量存在一个临界值,能量超过临界值的入射电子在驻波场中振荡运动的稳定平衡位置由波节变成波腹。在波腹处平行于电场入射的高能电子在强电场作用下速度和能量快速振荡,其振幅包络近似为余弦函数。而在波节处垂直于磁场入射的电子仅在Lorentz力作用下快速振荡,在穿过驻波中心前获得能量,穿过中心后失去能量,电子出射后能量均保持不变。