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弯曲等离子体通道多级耦合激光尾场电子加速

发布时间: 2018-09-20 11:11:37   作者:本站编辑   来源: PHYSICAL REVIEW LETTERS   浏览次数:

 

激光尾场电子加速器近年来作为一种新兴技术引起广泛的关注,尾场可产生巨大的加速梯度,高达GeV/m。在众多应用中最有潜质和挑战的应用之一即基于激光尾场的TeV级电子正电子线性对撞机。然而电子在单级尾波场中的能量增益受限于以下因素,电子失相,激光衍射,激光能量耗散等。当前单级加速达到10GeV能量是目前激光和等离子体技术领域追求的目标。未来要实现TeV对撞机,LWFA的多级耦合势在必行。第一级被加速的电子束需要被注入到新激光脉冲所驱动的第二级尾场中。因为电子束和尾波场尺寸在微米级,同步精度则在飞秒级,这对多级方案而言挑战很大。

近期Steinke提出多级加速方案,研究中采用等离子体反射激光脉冲并采用等离子体透镜聚焦电子束进入第二级加速中,实验获得了100MeV的电子能量增益。在这一级联方案中,等离子体透镜和等离子体镜被安装在LWFA的多级之间,这对实验提出了很大的挑战。除等离子体镜外,弯曲等离子体通道也可导引激光。在本研究中研究人员提出弯曲等离子体通道构建紧凑型多级LWFA,如图所示。该等离子体通道可同时将电子束和激光脉冲耦合入第二级。在这种情形下,电子束在直等离子体通道内传输,并被尾场通道限制。同时过渡的弯曲等离子体通道将另一束激光导引入该段,直接进行尾场加速。

未来采用飞秒激光微加工可实现该设计,这一设计方案卓越的性能不依赖于电子参数,将适用于未来多级加速器方案。

田野摘译自:J. Luo et al. Multistage Coupling of Laser-WakefieldAccelerators with Curved Plasma Channels. PHYSICAL REVIEW LETTERS 120, 154801(2018)

 
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