【資料圖】
超短超強(qiáng)激光脈沖可以在等離子體中激發(fā)梯度超過(guò)100 GV/m的加速電場(chǎng)，這比傳統(tǒng)金屬射頻腔可以提供的加速電場(chǎng)高了1000倍以上，有望大幅縮小加速器規(guī)模，使桌面型粒子源/輻射源成為現(xiàn)實(shí)。目前，激光等離子體加速所采用的主流注入機(jī)制（如自注入，離化注入，碰撞光注入等）無(wú)法兼顧被加速束團(tuán)電荷量、能散和發(fā)射度等參數(shù)，很難讓它們同時(shí)得到優(yōu)化。近日，李大章、曾明特聘青年研究員帶領(lǐng)的加速器中心新加速原理研究團(tuán)隊(duì)提出一種新型注入機(jī)制，利用兩束同軸激光干涉形成的多殼層空泡結(jié)構(gòu)的演化，俘獲背景等離子體中的電子。模擬結(jié)果顯示，在此種注入機(jī)制下，有望利用200 TW量級(jí)激光器，產(chǎn)生中心能量750 MeV，能散0.4%，電荷量150 pC，歸一化發(fā)射度0.2 mm mrad的高品質(zhì)電子束。此結(jié)果已在近期發(fā)表在《Matter and Radiation at Extreme》雜志上。
當(dāng)一束波前曲率迅速變化的緊聚焦激光脈沖與一束波前平坦的大光斑激光脈沖同軸同向傳播時(shí)，兩束光會(huì)發(fā)生干涉，并在等離子體中形成洋蔥狀的周期性多殼層空泡結(jié)構(gòu)（如圖a所示）。隨著兩束光繼續(xù)向前傳播，空泡將在橫向發(fā)生膨脹，電子回流時(shí)間變長(zhǎng)，從而引起空泡結(jié)構(gòu)的縱向拉伸，最終導(dǎo)致尾場(chǎng)相速度降低。此時(shí)等離子體背景電子將有機(jī)會(huì)被尾場(chǎng)俘獲并加速。在此種注入機(jī)制下，較長(zhǎng)的注入長(zhǎng)度保證了較大的電荷量，空泡縱向膨脹誘導(dǎo)的注入減弱了束流的相混合，空泡尾部殼層的散焦力降低了電子被俘獲時(shí)的橫向動(dòng)量。因此，此注入機(jī)制可兼具高電荷量，低能散和小發(fā)射度的優(yōu)點(diǎn)（如圖b，圖c所示）。
(a) 激光干涉形成的多殼層周期性空泡結(jié)構(gòu)。橙色代表激光脈沖，紫色代表背景等離子體，青色代表被俘獲的電子束團(tuán)；(b) 電子束團(tuán)能譜；(c) 激光干涉注入機(jī)制產(chǎn)生的電子束（紅色）品質(zhì)與其它已發(fā)表權(quán)威結(jié)果的比較（黑色）
