科研动态
激光尾波场加速中的双色光离化注入

日期:2014-03-26 阅读:1142

信息来源:於陆勒和陈民研究组

近 年来,激光尾波场电子加速以其超高的加速梯度获得了激光等离子体物理、加速器物理等领域的广泛关注。由于该加速结构不受材料破坏阈值的限制,其加速梯度可 以达到传统加速技术的1000倍以上,这使得加速器以及基于加速器的X光源的小型化成为可能。激光尾波场电子加速机制自提出以来,电子束的品质提升就一直 是科学家们的首要追求目标。在尾波场加速中,决定最终被加速电子束品质的一个关键因素就是电子的注入过程。近年来基于高价原子的内壳层电子离化的电离注入 机制,由于其实验相对易操作,而备受关注。在该注入机制中,由于通常电子离化时会携带光场的波矢信息,由广义动量守恒可知,该光场矢势将转换为电子束的横 向动量,造成最终电子束的横向发射度偏高。

最近激光等离子体教育部重点实验室的於陆勒助理研究员和陈民特别研究员,与美国劳伦斯伯 克利国家实验室的E. Esarey, C. B. Schroeder, J.-L.Vay, W. P. Leemans等人合作,在双方前期电离注入研究工作的基础之上,提出了利用双色光进行尾波场中的离化电子注入,得到了10-8毫弧度超低横向发射度的飞秒电子束。本方案如下图所示,一束长波长的中红外泵浦脉冲a0在稀薄高Z气体中传播并激起很强的尾波场,由于其峰值电场E0较小,不能完全电离气体。另一束紧聚焦的短波长注入脉冲a1,与泵浦脉冲同向传播,并有一定的时间延迟。注入脉冲的峰值电场E1较 大,能够电离气体的内层电子,这些电子电离时刚好位于尾波场的捕获轨道,因此能被尾波场捕获并获得加速。由于注入脉冲的矢势比传统单束光离化注入的矢势小 1-2个数量级,因此最后获得的电子横向发射度将小1-2个数量级。此外,这种方案具有灵活的可调谐性,例如通过调节注入脉冲焦斑、振幅和脉宽,可以调谐 注入电子的横向发射度和电量。该工作发表在《Physical Review Letters》 [L.-L. Yu et al., “Two-Color Laser Ionization Injection”, Phys. Rev. Lett., 112, 125001 (2014)] 上。

本工作受到了国家重点基础研究发展计划(No.2013CBA01504)的资助。

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