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超强激光科学卓越创新简报

(第四百三十期)

2023年10月9日

上海光机所实现纳米级周期电子束产生

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究团队提出了一种“两束干涉光驱动可调谐的周期性电子束”模型，利用两束飞秒脉冲激光在近临界密度等离子体靶表面的干涉而产生周期性的电子束梳。相关成果以 “Generating a tunable narrow electron beam comb via laser-driven plasma grating” 为题发表于Matter and Radiation at Extremes。

近年，伴随着激光技术的迅猛发展，超短超强激光驱动等离子体产生高能电子束及其在新型辐射源等应用领域的研究已成为强场物理的热点研究问题。基于激光等离子体相互作用产生的电子束具有短脉宽、高密度、低发散角和较好的单能性等特点，这样的电子束在医药、材料、生命、超快物理等许多科学与工业领域具有广泛的应用前景。但是，目前超快束源仍然在可重复性、稳定性等方面亟待发展。

研究团队模拟了以一定角度斜入射的两束相对论强度的飞秒激光照射到近临界密度等离子体靶，当两束激光在空间内重叠时，会在横向产生周期性的干涉场。干涉场的有质动力将电子排开，形成了高密度的电子峰，聚集在干涉场的波节处。此时大而重的离子还没有来得及响应，从而形成了电子等离子体光栅。在电子间的库仑排斥力及驻波的共同作用下，电子沿激光光轴方向发射到真空中，产生了纳米量级宽度的电子束梳。该成果提供了一个纳米级的周期性电子束的产生方案，为未来可调谐的超窄电子束源的设计和发展提供了重要的理论和实验基础。

该工作得到了国家自然科学基金委员会、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目、国家重点实验室项目、中国科学院青年创新促进会的支持。

原文链接

图1. 周期性电子束梳产生的示意图

图2. 电子束的时空演化图。(a)为电子束开始产生时的电场分布。(b)-(d)为电子密度在三个时刻的空间分布。

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