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自注入激光尾场加速器中激光功率放大的观测

发布时间: 2018-07-20 13:30:23   作者:本站编辑   来源: PHYSICALREVIEW LETTERS   浏览次数:

 

 

激光尾场加速器(LWFA)目前可在厘米级尺寸产生超过吉电子伏特能量的电子,在LWFA中高能激光脉冲通过等离子体可驱动等离子体波,表现为极高强度纵向电场。多种方法阐述了如何将粒子注入到LWFA中,其中自注入机制工作在高度非线性空泡或波破作用区域,是一种最简单和普遍的机制。采用自导引或外辅助导引可将LWFA保持远超过瑞利衍射长度,然而,电子在尾场中的最终能量增益受限于失相驱动激光损耗

当电子速度超过尾场时将发生失相,对于短脉冲激光驱动的非线性尾场,等离子体被激光前端向外推动,脉冲后沿则在离子腔体中传输,当前沿激光能量耦合入等离子体波或者因为衍射损耗时,泵浦激光将发生损耗。

尽管对于多种等离子体密度参数,激光导引最长可达损耗长度。但在非线性尾场中并没有相关结果报导,此外,理论也不能解释模拟中观测到的激光功率放大机制。虽然LWFA驱动激光脉冲窄化此前曾被报导,但这并意味着功率放大,而这对电子自注入至关重要。

本研究测量了相对论短脉冲激光在自导引LWFA中能量损耗及脉冲压缩,也首次报道了驱动激光脉冲功率放大。实验采用Gemini激光与超声喷流氦气作用,激光能量约11焦耳,脉宽约51fs,聚焦强度a值约3

本研究中演化模型表明激光脉冲的演化非常受初始脉冲波形的影响。当脉冲初始为陡峭上升沿时,激光脉冲峰值功率迅速提升,并在能量损耗前触发注入。而缓慢的下降沿则增加失相距离,使a值维持更长的距离。该种方法将有望调制激光脉冲波形,以此优化注入和加速过程,使加速器相关的多种应用受益,如x射线,伽马射线,中子源等。

摘译自:M. J.V. Streeter et al. Observation ofLaser Power Amplification in a Self-Injecting Laser Wakefield Accelerator. PHYSICALREVIEW LETTERS 120, 254801 (2018)

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