信息来源：Nasr Hafz、陈民、盛政明、张杰研究组
激光尾波场加速因其具有加速梯度高、结构紧凑、经济效益高等优点，有望发展成为新一代正负电子对撞机、X射线光源以及自由电子激光的理想加速方案。2004年，基于非线性“空泡”中的电子自注入及尾波加速机制，国际上三个独立课题组首次同时在实验中获得了百兆电子伏特量级的准单能电子束。自此之后，该领域得到了快速发展。不过，大量研究表明，自注入电子过程的激发需要高强度的激光脉冲。为降低电子注入所需要的激光功率阈值，同时实现可受控的注入过程，科学家们提出了多种电子注入方式：碰撞光脉冲注入、密度下降沿注入以及离化注入等。相比于前两种方式，离化注入在实验上更易于实现。然而，离化注入有个致命缺点，即由于通常注入过程是连续的导致最终电子束具有大的能散（60~100%），这大大限制了其应用潜力。为解决这一难题，上海交通大学物理与天文系激光等离子体教育部重点实验室博士生曾明、陈民特别研究员及盛政明教授等通过计算机模拟，提出了利用激光自演化导致离化注入自截止机制，有效降低了被加速电子束的能散【Phys. Plasmas 21, 030701 (2014)】。这一新现象后由该实验室Nasr Hafz研究组在实验中获得初步验证【Opt. Express 22, 029578 (2014)】。
最近，该研究组博士生Mohammad Mirzaie、李松、Nasr Hafz特别研究员等进一步探索该机制，首次在实验上在一厘米的加速距离内获得了能量高达1.2 GeV、低能散（7%）的高品质电子束输出。该项研究中，他们先使用30TW量级的激光脉冲与4-mm长的氦-氮混合气体喷流相互作用，通过改变激光聚焦条件及优化氮气的掺杂比例，获得412MeV、 5%能散的高品质电子束。然后利用120TW激光脉冲轰击1-cm长的氦-氮混合气体喷流，获得了能量在1.2±0.03 GeV、7%能散的高品质电子束输出。这一成果为扩大尾波加速电子束的应用及本实验室接下来的X射线和伽玛射线源的研究奠定了基础。该成果近期发表在【Sci. Rep. 5, 14659 (2015)】上。本工作得到了国家973计划和自然科学基金的支持；数值模拟研究在上海交通大学计算中心P超级计算机上完成。
本工作受到了如下基金的资助：国家基础研究发展计划（No. 2013CBA01504），国家自然科学基金（No. 11421064 & 11334013 & 11175119 &11374209）。
微信公众号
