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超强激光科学卓越创新简报

(第七百三十八期)

2025年12月16日

上海光机所在基于主动等离子体透镜的高色品容忍度紧凑型自由电子激光束线的研究中取得进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室研究团队，在基于主动等离子体透镜的高色品容忍度紧凑型自由电子激光束线方面取得进展，相关成果以“Active Plasma Lens based Beamline for Chromaticity-tolerant Compact Free-Electron Lasers”为题，发表于Optics Express。

激光尾波加速（Laser Wakefield Acceleration, LWFA）是近年来迅速发展的一种加速技术，其在包括高能粒子对撞机、医疗诊断系统及相干辐射源等领域均展示了发展潜力。尽管通过LWFA驱动的自由电子激光已经取得了一系列进展，但由于电子束在能量抖动、指向抖动等方面的缺陷，要实现稳定的高增益FEL输出仍是一个重大挑战。

近期，团队设计了一种基于主动等离子体透镜（Active Plasma lens, APL）的束流传输系统，通过全过程仿真获得了7.2 μJ的辐射能量和3.2 GW @13.5nm峰值功率。在束流能量-7%至+9%的抖动下，束线依旧保持1 μJ以上的输出能量，极大提升了基于LWFA的紧凑型FEL能量抖动容忍度，相较于基于四极铁的传统束流传输系统提升了3倍以上。研究结果表明，将主动等离子体透镜应用于基于LWFA的FEL装置将显著提高相干辐射能量的稳定性，展现了其在未来台式化自由电子激光装置中的卓越性能。

相关工作得到了国家自然科学基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队、中国科学院B类先导专项、中国科学院青促会等项目的支持。

原文链接

图1：能量抖动测试，电子束在（a）基于四极铁传统束线（b）基于主动等离子体透镜束线中的束团尺寸演化。

图2：基于四极铁的传统束线与基于主动等离子体透镜的束线在（a）电子束能量抖动下的FEL能量输出（b）电子束指向抖动下的FEL能量输出。

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