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      超強激光科學卓越創新簡報

      (第二百零三期) 

      2021年6月18日

      上海光機所在GeV量級超低能散的電子束研究方面取得新進展 

        中國科學院上海光學精密機械研究所強場物理國家重點實驗室,依托于實驗室自行研制的高性能200太瓦重頻激光裝置,在GeV量級超低能散電子束產生研究方面取得重要進展。研究團隊提出了協同注入的機制,并利用激光的自聚焦演化實現電子束啁啾補償,在實驗上獲得了GeV量級、能散低至2.4‰的高品質電子束,為臺式化輻射源的研制提供了基礎。相關研究成果發表于《物理評論快報》(Phys. Rev. Lett,126, 214801, 2021)。

        研究團隊通過設計特定的等離子體密度分布,來控制激光的自聚焦過程,進而對尾波場的非線性程度進行了調節,使得縱向加速場在激光散焦過程中能夠從擁有躍變結構的高度非線性狀態減弱為鋸齒狀結構的弱非線性態,該鋸齒狀加速場靠近空泡尾部的部分具有負斜率,可以用來對正能量啁啾的電子束進行補償。通過控制激波與激光焦點位置可以使激光的自聚焦過程與電子的注入相位相匹配,從而保證電子在密度下降沿結束時注入。在加速場結構演變為鋸齒狀的過程中,電子束能夠滑移回空泡尾部,從而實現對電子束的啁啾補償。該方案利用單級的氣體池結構即可實現近GeV,能散低至2.4‰的電子束,這也是目前國際激光尾波場加速電子領域中所獲得的最小能散。

        瞄準激光加速的重大發展需求,強場激光物理國家重點實驗室研制了高性能的重頻200 TW級超強超短激光,有效地提升了激光系統的聚焦光束質量和工作穩定性,并成功地應用于國家重大儀器專項[Opt. Laser Technol. 131, 106453, 2020],為相關的物理實驗研究提供了優質的驅動光源。

        相關的研究工作得到了國家自然科學基金委、中科院先導B類和中科院青促會和上海市自然科學基金等項目的支持。

        原文鏈接

      圖1 實驗中測量得到的電子能譜。(a) 電子束的r.m.s.相對能散在2.4‰–4.1‰。(b) 圖(a)中第13發電子束的空間電量積分圖。

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