超強飛秒奇異光束驅動的粒子加速及輻射源研究

《超強飛秒奇異光束驅動的粒子加速及輻射源研究》是依託濟南大學，由韓玉晶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超強飛秒奇異光束驅動的粒子加速及輻射源研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓玉晶
• 依託單位：濟南大學

項目摘要

目前，飛秒雷射的功率可達太瓦、甚至是拍瓦量級。如此強的雷射聚焦之後和物質相互作用將使物質離化形成電漿並發生一些複雜的物理過程。國內外已有多家科研院所開展了利用強雷射和各種不同的物質作用進行粒子加速和輻射源的研究工作，如雷射驅動的電子加速、離子加速、基於庫侖爆炸產生的中子、雷射驅動的Ka，高次諧波、Thz輻射、Betatron輻射等。以往研究所採用的雷射幾乎均為線偏振光束，最近奇異強場物理的興起吸引了廣大研究者的興趣,本課題將系統的研究具有奇異特性的渦旋光束和矢量光束在粒子加速及輻射源方面的套用,豐富奇異強場物理的研究內容。

結題摘要

強場物理中雷射電漿相互作用可以實現粒子加速、x射線、伽馬射線等豐富的物理現象，有利於實現加速器的檯面化，有利於實現超高亮度的輻射源，在生產、生活、醫學等眾多領域有著廣泛的套用前景和價值。近年來，研究者們嘗試著將波前調控套用到強場物理領域，發展成為一個新興的研究方向，奇異強場物理。 本項目的主要研究內容為超強的飛秒奇異光束和物質作用所產生的電子加速及x射線研究，利用螺旋相位板或徑向偏振光轉換器等光學器件對飛秒雷射的波前進行調控，獲得具有奇點的渦旋光束或矢量光束，當飛秒奇異光束和氣體靶相互作用時，會產生和以往不同的實驗現象，比如會產生具有特殊周期結構的渦旋x射線，甚至是具有特殊偏振分布的矢量x射線，還有可能實現環形電子束的加速獲得準單能的環形電子束。 為了獲得相應的實驗結果，研究成員首先對雷射參數進行了最佳化，獲得了非常穩定的均勻大能量飛秒雷射輸出，並利用超強飛秒雷射與氮氣相互作用，產生了非常穩定的加速電子，得到了具有非常小發散角的準單能的電子束，實驗的穩定性、可重複性很高。 研究成員通過研究發現，由於大口徑的螺旋相位板在加工之後的面型很難保持，意味著採用超強飛秒雷射通過螺旋相位板獲得飛秒奇異光束的質量偏低，對實際的電子加速會產生較大的影響，實驗室的飛秒雷射器經過波面調控獲得環形奇異光束的強度難以達到較好的環形電子加速的目的，研究成員根據實際情況調整了相應的研究方案，將研究飛秒雷射加速的電子和奇異飛秒雷射束對撞的逆康普頓散射過程所產生的具有特殊空間分布X射線的情況，已經設計並加工了具有精細位錯結構的台階型螺旋相位板（精度為微米量級），此實驗預計將於19年進行。 此方面的研究內容將是國內首次從實驗方面研究飛秒奇異光束和電子束的逆康普頓散射，將填補我國在這方面的研究空白，在一定程度上促進奇異強場物理的研究。