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德国马普量子光学所、慕尼黑大学和上海光机所等共同研制出

利用“激波”梯度注入实现高质量激光等离子体加速

德国马普量子光学所（Max-Planck-Insitut fu¨r Quantenoptik，Garching）、慕尼黑大学（Ludwig-Maximilians-Universität München）和中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室等单位的研究人员共同报道了一种稳定的能量可调谐且绝对能散度只有5MeV的电子束的获得方法，该项成果发表在最近的《物理评论快报》上[Physical Review Letters,110,185006(2013)]。基于激光尾波场的电子加速机制，巧妙利用“刀片”激发气体激波从而在气体靶上方产生一个稳定的气体密度下降沿，使得电子在气体密度下降沿附近注入（梯度注入方式）到非线性等离子体波中获得加速，从而获得稳定的电子束输出。　　　　

目前，时间尺度在飞秒量级的相对论电子束的重要应用之一是用于产生超短的极紫外（XUV）X射线光源，其机制主要有三种：基于波荡器的辐射，汤姆森背向散射和Betratron振荡辐射。无论什么机制，要想产生能谱范围较窄的X射线光源，对电子束峰值能量及绝对能散度的精确控制是极为重要的。相对于电子束的其他注入方式，这种巧妙利用气体激波的电子束梯度注入方法简单有效，电子束输出的稳定性、可重复性和能量控制都有大幅度的提高。同时，电子束的绝对能散度可以一直维持在5MeV左右，远优于其他注入方式所获得的电子束。

对于电子束的潜在应用（例如基于波荡器的自由电子激光），电子束单位能量内的电量是一个极为重要的物理参数。在本实验中，电子束电量最大可达到100pC同时电子束能散度低，因此单位能量内的电量大大提高。尽管目前电子束的能量受到实验装置的限制，为150-200MeV。但是，若用同样的方式，极有希望产生数百MeV的且相对能散度小于1%的高能相对论电子束。（强场激光物理国家重点实验室供稿）

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