基于激光包络模型的粒子在胞代码中激光隧穿电离的数值建模

在激光尾波场加速的粒子在胞模拟中，使用包络模型可在许多感兴趣情形下大幅降低所需资源。然而，在此激光—等离子体加速的时间平均处理中纳入隧穿电离并不直截了当，因为通过电离获得的电子束统计特征理想情况下应能在不分辨高频激光振荡的情况下被复现。在此背景下，提出一种已有包络电离过程的扩展，其亦对更高强度激光脉冲有效，该扩展在于向激光脉冲中电离介质所产生的新电子添加初始纵向漂移。所提方法的精度通过简单基准（氮平板被激光脉冲电离）与更复杂的非线性 regime 下含电离注入的激光等离子体加速基准，在线性与圆偏振下均得以展示。借助对包络电离算法的这一补充，等离子体尾场中由激光电离注入的束团的主要相空间属性（电荷、平均能量、能散、rms 尺寸、归一化发射度）可以与非包络模拟相当精度估计，且资源显著减少，即便在柱几何下亦然。通过该扩展算法，激光尾波场加速中电离注入的初步研究甚至可在笔记本电脑上轻松开展。