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前沿进展 | 激光尾波场电子加速器产生千分量级能散高能电子束
“中国光学十大进展”候选栏目正式更名为“前沿进展”,全新的命名,全新的开始,欢迎广大专家学者投稿。
作为世界上最高亮度的X射线相干光源,自由电子激光(FEL)具有超高亮度、超短脉冲、波长连续可调等一系列优势,在原子分子物理学、凝聚态物理学、材料化学、结构生物学等诸多领域具有重大应用价值,极大的推动了人类科学的进步。然而基于传统射频直线加速器的自由电子激光装置动辄数百米甚至数公里,耗资可达数亿乃至数十亿美元,限制了其进一步发展。利用超强超短激光在等离子体中诱发的等离子体波来加速高能电子(LWFA)的方案,其加速梯度高于传统加速器三个量级以上,将极大的促进小型化加速器的研究,世界超强激光和传统加速器实验室纷纷开展这一领域的研究。
实现FEL需要高品质的电子束流,而LWFA所获得的电子束品质,特别是能散度,远落后于传统加速器。由于激光驱动的尾波场中不均匀的高加速电场,使得电子在加速过程中获得很大的能量啁啾,这种啁啾成为电子束能散的主要来源。如何在实验中获得千分量级能散并具有一定电荷量的高能电子束,成为研制紧凑型辐射源中的首要目标。
简易的单级结构实现协同注入
图1 LWFA装置示意图
激光自聚焦演化实现去啁啾过程
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