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基于介电激光加速的阿秒电子微束团产生研究

发布时间: 2020-03-20 17:11:21   作者:本站编辑   来源: PHYSICAL REVIEW LETTERS   浏览次数:

 超短电子在多个科研和技术领域有应用价值,包括超快衍射、超快显微镜、或者超快光子产生等。这些技术中电子脉冲宽度为数飞秒。为了分辨固体内原子、分子、电子时间尺度的物理过程,阿秒脉宽电子束是追求的目标。激光驱动电子源的脉宽受限于激光脉冲的持续时间以及后续的色散展宽。样品上电子脉冲的持续时间一般为30fs1ps。当前报道的最短脉冲宽度是6fs

时间分辨率可通过直接利用超短光脉冲的载波光场来提高,通过光场对自由电子的能量调制可由多种方案实现,进而产生亚光周期的电子脉冲链。一种方法是采用有质动力,近期脉宽为260as的微束团即采用该方案。另一种方案采用的是逆自由电子激光过程,微束团的脉宽约为410as。此外光学近场也可用于从光场中向电子传递动量,采用纳米结构,脉宽可达655as。本工作采用硅材料的纳米光子结构,十分通用且易于加工。这些结构可利用于产生光学近场来对电子束进行有效的长距离动量传输,这是其它方案无法实现的。由于这些结构仅在亚周期尺度改变光场相位,光场与结构的作用可认为是一种纯色散效应。因此光吸收很少在该结构中发生。除了高损伤阈值,该结构也优于其它方案,这是由于其采用纳米结构可广泛实用。

1 实验示意图

各种用于粒子加速的介电结构均被提出,在2013年介电激光加速开始实验研究,包括光场相位同步粒子加速。很快多种基于近场调制的相位同步方案被实现了。如图1所示,实验电子源采用超快扫描电子显微镜,电子控制分为两部分,一部分是调制器一部分是分析器。

在本工作中产生的阿秒电子脉冲链,脉冲宽度约为270as,所有结构均在光子芯片上,该工作对未来时间分辨电子成像或高效的光学粒子加速器均有重要价值。

摘译自:Norbert Schönenberger et al. Generation and Characterization of Attosecond Microbunched Electron Pulse Trains via Dielectric Laser Acceleration. PHYSICAL REVIEW LETTERS 123, 264803 (2019)

 

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