基于百太瓦级（1太瓦=10^12瓦）强激光与等离子体作用产生新型粒子源（电子、离子加速）和辐射源是目前强激光驱动高能量密度物理研究的前沿热点课题。通过超短强激光等离子体作用，有望在台面尺度上实现与大型传统加速器可比拟的加速效果，且产生的粒子源和辐射源更短、更亮。在2004年，国际上有三个研究组首次在实验上利用激光等离子体加速获得100MeV量级的准单能电子束，该期Nature封面将其称为“Dream Beam”。迄今人们已能在数厘米的加速距离中实现GeV、准单能电子束的输出。但目前在实验上得到的电子束一直徘徊在飞秒脉宽、～10%的相对能散，以及10pC左右的电量。进而面向各种可能的应用，其亮度、稳定性都有待大幅提高。
基于这些问题，我系激光等离子体实验室盛政明、张杰课题组与德国马普量子光学所、美国加州大学、以及清华大学合作者，提出一种新的机制直接控制电子注入等离子体加速结构的时空位置，从而产生大电量（nC量级）的阿秒电子层。数值模拟表明，这种完全受控的注入方式能够大大改善电子束品质，同时首次在尾波里实现了阿秒脉宽电子束的捕获。该方案要求的百太瓦级激光功率和气体靶参数降低了对实验的要求，为实现高重复率、高质量电子源提供了可能。该方案需要相对较大的入射光斑，使得形成的电子束成片状结构，后者为通过汤姆逊散射产生相干超亮X射线源提供很好的载体。该工作最近刊登在2013年3月26日出版的Physical Review Letters上[http://prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i13/e135002]。论文第一作者为我系博士研究生黎飞宇同学。该工作得到国家自然科学基金委创新群体项目等资助。
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