Energy balance in bremsstrahlung stimulated by strong lasers

Summary

A detailed investigation has been carried out aimed at establishing the multiquantum character of energy exchanges in the bremsstrahlung stimulated by strong laser fields, as occurs in the scattering of a monoenergetic electron beam. In particular, the absorption coefficient is analysed as a function of photon multiplicity, field intensity and frequency. The influence of the laser intensity spatial inhomogeneity is taken into account as well. Calculations have been performed within a quantum-mechanical and a classical treatment, for a geometry in which the amplitude of the oscillatory velocity v ₀ due to the field is parallel to v ₁, the particle incoming velocity. Absorption processes are found to be dominant when v ₀>v _i, the reverse being true when v ₀<v _i. Generally, processes with few photons exchanged are found to provide the largest contributions to the total value of the absorption coefficient. The field inhomogeneity plays an important role, especially near v ₀≃v _i, where it alters the physical picture of this transition region. Away from v ₀≃v _i, the field inhomogeneity amounts to a scaling factor with respect to the intensity. The classical treatment is confirmed to perform very well, except at v ₀≃v _i, where it suffers a significant failure, due to the violation of the instantaneous collision assumption.

Riassunto

Sono presentati i risultati di un'accurata analisi finalizzata a precisare il carattere multiquantico degli scambi di energia in bremsstrahlung stimolato da forti campi laser, nello scattering di un fascio monoenergetico di elettroni da un potenziale statico. In particolare, si analizza il coefficiente di assorbimento in funzione della molteplicità fotonica, dell'intensità e della frequenza del laser. È stata anche presa in esame la disomogeneità spaziale dell'intensità del laser. Sono stati fatti calcoli sia utilizzando un trattamento quantomeccanico che un trattamento classico, per una geometria in cui l'ampiezza della velocità oscillatoria v ₀ dovuta al campo è parallela a v _i, velocità della particella incidente. Si è trovato che i processi di assorbimento sono dominanti quando v ₀>v _i, mentre i processi di emissione dominano per v ₀<v _i. Generalmente, i processi con scambio di pochi fotoni forniscono il maggiore contributo al valore totale del coefficiente di assorbimento. La disomogeneità spaziale del campo laser gioca un ruolo importante soprattutto nell'intorno v ₀≃v _i dove essa altera la pittura fisica della regione di transizione. Lontano dalla zona v ₀≃v _i, la disomogeneità apporta un fattore di scala rispetto all'intensità. Il trattamento classico fornisce risultati che si accordano molto bene con quelli quantomeccanici eccetto per v ₀≃v _i, dove esso fallisce in modo significativo poichè viene a cadere l'ipotesi di collisione istantanea.

Резюме

Было проведено подробное исследование многоквантового характера обмена энергией при тормозном излучении, стимулированном полями мощных лазеров, которое возникает при рассеянии моноэнергетического пучка электронов. В частности, анализируется, как зависит коэффициент поглощения от множественности фотонов, интенсивности и частоты поля. Также учитывается влияние пространственной неоднородности интенсивности лазерного пучка. Вычисления были проведены в рамках квантовой механики и классического подхода для геометрии, в которой амплитуда осциллирующей скорости v ₀, обусловленной полем, параллельна v _i, скорости налетающей частицы. Получено, что процессы поглощения преобладают, когда v ₀>v _i; обратное справедливо, если v ₀<v _i. В общем случае обнаружено, что процессы с обменом несколькими фотонами дают наибольший вклад в полную величину коэффициента поглощения. Неоднородность поля играет существенную роль, особенно вблизи v ₀≃v _i, где она искажает физическую картину этой переходной области. Вдали от v ₀≃v _i, неоднородность поля представляет масштабный множитель по отношению к интенсивности. Отмечается, что классический подход справедлив везде, кроме области v ₀≃v _i, где этот подход не применим, вследствии нарушения предположения о мгновенности соударения.