【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究團隊，在基于相位融合效應的電子束預聚束與臺式化自由電子激光的研究方面取得進展。相關的研究成果以“Bunching enhancement for coherent harmonic generation by using phase merging effects”為題發表于Matter and Radiation at Extremes。
得益于激光尾波場的超高加速梯度，激光尾波場加速器在驅動臺式化、低成本的自由電子激光方面具有巨大的潛力，實現激光尾波場加速驅動的臺式化自由電子激光也被認為是未來十年的重要挑戰之一。結合激光尾波場加速的電子束高流強的特征，通過電子束預聚束等技術可以將電子束流強進一步提升至數十千安甚至百千安量級。即便沒有指數增益過程，這種超高流強的電子束通過一段較短的波蕩器也可產生強相干輻射。
研究團隊設計了基于相位融合效應的電子束預聚束與臺式化自由電子激光方案。采用色散段-調制器-色散段的模式，得益于色散段1中引入的電子束相空間耦合，經調制后的電子束通過與之匹配的色散段2后，束團內不同初始能量或者發散角的電子能夠聚集在同一相位，進而顯著提升電子束的聚束效率。結合激光尾波場加速的電子束特征，研究團隊分別設計了基于電子束色散、角色散以及角度調制和色散的方案。結果表明，該方案能夠有效的將電子束的流強提升至數十千安甚至百千安量級。這種超高流強的電子束通過長度僅一米的波蕩器即可產生百兆瓦量級的強相干輻射。整個加速段與輻射段的尺寸可壓縮至3.5米以內，為更加緊湊型的X射線自由電子激光的研制提供了可行的方案。
相關工作得到了國家自然科學基金、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊、中國科學院青促會等項目的支持。
圖1. 基于相位融合效應的電子束預聚束與臺式化自由電子激光方案。(a)束流線以及電子束參數演化。(b−c)電子束縱向相空間分布。(d−e)輻射段入口處電子束參數及聚束因子。
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