近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所利用建成的“新一代超強(qiáng)超短激光綜合實(shí)驗(yàn)裝置”基于自行研制的高性能200太瓦重頻激光，成功產(chǎn)生千分量級(jí)能散高能電子束。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出協(xié)同注入機(jī)制，利用激光的自聚焦演化實(shí)現(xiàn)電子束啁啾補(bǔ)償，在實(shí)驗(yàn)上獲得了GeV量級(jí)、能散低至2.4‰的高品質(zhì)電子束，這一成果將極大地推動(dòng)臺(tái)式化新型輻射源的研制。相關(guān)的研究成果發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》上。
發(fā)展小型化、低成本激光粒子加速器是科學(xué)家們一直夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)的尾波場(chǎng)電子加速器具有比傳統(tǒng)的射頻加速器高出三個(gè)量級(jí)以上的超高加速梯度，為實(shí)現(xiàn)小型化的高能粒子加速器提供了全新技術(shù)途徑，對(duì)未來的同步輻射裝置、自由電子激光以及高能物理研究等也將帶來深遠(yuǎn)的影響。近年來，激光尾波場(chǎng)電子加速研究已經(jīng)取得許多重要進(jìn)展，但是在產(chǎn)生高品質(zhì)電子束方面還面臨諸多難題和挑戰(zhàn)，例如能散度壓縮與穩(wěn)定性提高等，使其在應(yīng)用方面的研究受到限制。
多年來，上海光機(jī)所瞄準(zhǔn)基于激光加速的重大戰(zhàn)略需求，一直致力于高性能的激光尾波場(chǎng)電子加速器的研制，承擔(dān)了基金委國家重大科研儀器研制項(xiàng)目“新一代超強(qiáng)超短激光綜合實(shí)驗(yàn)裝置”，在激光尾波場(chǎng)電子加速及其應(yīng)用等方向提出獨(dú)具特色的中國方案，并取得了多項(xiàng)世界領(lǐng)先的研究成果——
▲2011年，在國際上首次成功實(shí)現(xiàn)基于級(jí)聯(lián)尾波場(chǎng)的準(zhǔn)單能高能電子加速方案；
▲2013年，利用基于梯度注入的級(jí)聯(lián)電子加速方案，進(jìn)一步提升電子束品質(zhì)，實(shí)驗(yàn)獲得了1.3 GeV的準(zhǔn)單能高能電子束，驗(yàn)證了第二空泡加速理論；
▲ 2016年，提出級(jí)聯(lián)尾波場(chǎng)加速新方案，突破了激光尾波場(chǎng)加速中能散度難以壓縮等重大技術(shù)瓶頸，實(shí)驗(yàn)獲得了高亮度高品質(zhì)的高能電子束，電子束六維相空間亮度遠(yuǎn)高于當(dāng)時(shí)國際上同類研究結(jié)果報(bào)道，接近世界最先進(jìn)的直線加速器上所能獲得的電子束亮度；
▲在本次研究中，通過提升了激光系統(tǒng)的聚焦光束質(zhì)量和工作穩(wěn)定性，科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的單級(jí)氣體密度結(jié)構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)上獲得了低能散（~0.2%）高能（~820 MeV）的電子束流（國際激光尾波場(chǎng)加速電子領(lǐng)域目前報(bào)道的最小能散），并將激光尾波場(chǎng)加速所獲得電子束的最高亮度紀(jì)錄提升了2-3倍，該項(xiàng)成果是臺(tái)式化激光電子加速領(lǐng)域首次將高能電子束能散壓縮至千分之二，對(duì)于實(shí)現(xiàn)臺(tái)式化激光尾波場(chǎng)加速器和新型輻射源的應(yīng)用具有重要價(jià)值。
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