《飛秒相對論雷射驅動粒子束的最佳化和輻射》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由張曉梅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：飛秒相對論雷射驅動粒子束的最佳化和輻射
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張曉梅
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
飛秒相對論雷射驅動產生的粒子束（電子和離子）在實際套用中對其性能如能量、能散度、產額、能量轉換效率等都有較高要求。因此，在目前加速機制基礎上，研究產生粒子束的各種最佳化方案是非常有意義的。另外，高性能電子加速的發展結合空泡內場環境為x射線的產生提供了條件。本項目主要研究：（1）雷射波長（頻率）等參數對光壓驅動質子（離子）加速的影響；（2）超強雷射驅動光壓和空泡聯合機制下，通過最佳化密度梯度實現質子（離子）注入加速；（3）空泡機制下，通過調製雷射相位實現粒子（包括電子和質子）更容易注入，獲得更好的加速；（4）被捕獲或者外界注入的電子束在雷射驅動形成的空泡內被加速到很高能量，同時在空泡內橫向電場的作用下電子束betatron振盪的輻射特性；空泡加速獲得的高能電子束斜入射到TNSA場中的輻射特性；（5）空泡內電子在空泡場與斜入射的雷射脈衝場共同作用下，入射雷射變化對運動軌跡的調控，以及相應的輻射特性。
結題摘要
本項目主要研究了相對論飛秒強雷射驅動時粒子加速最佳化和其中的輻射現象。（1）粒子加速主要研究了電子加速和離子（質子）加速，針對電子加速，考慮了CPA技術的提出者G. Mourou教授近期提出的TFC技術獲得周期量級的超強X射線雷射方案，基於目前最成熟的電子加速方案—尾波場加速機制，理論研究了超強X射線雷射在納米管中驅動產生超過加速梯度的尾波場對電子的加速，加速場可提高3個數量級，可獲得非常緊湊的高能電子束。針對離子（質子）加速，為了進一步提高質子束能量，我們針對靜電激波加速機制和光壓加速機制，分別研究了級聯加速的可能性，均獲得較好的結果。尤其是針對光壓加速機制，提出採用短波長雷射，如三倍頻雷射可獲得更好的加速效果。針對目前即將實現的10PW甚至100PW的超強雷射，我們研究了尾波場加速質子的進一步最佳化，提出了質子束在尾波場中橫向約束並獲得穩定加速的方案，如採用雙脈衝驅動加速，採用LG光產生的特殊結構空泡加速。（2）關於相對論飛秒強雷射驅動時的輻射研究，一方面集中在尾波場中的betatron輻射產生能量為MeV以上的伽馬輻射：X射線雷射驅動尾波場電子加速的同時betatron震盪輻射出百MeV量級的高能伽馬光子，超高強度的高斯雷射驅動近臨界密度的氣體靶加速獲得近10GeV電子束的同時QED輻射產生GeV能量的超高能伽馬光子。另一方面，關於輻射的研究更多的集中在相對論雷射驅動固體靶的高次諧波輻射及其套用，除了通過測量兩束驅動高斯光同時作用產生的諧波自相干曲線獲得驅動光束的脈寬外，我們主要研究了相對論渦旋光作用在固體靶上高次諧波的輻射：單束相對論渦旋光作用時產生的高次諧波的模式與其階數呈線性正比關係，兩束相對論渦旋光同時對打到固體靶上時產生頻率和模式可調諧的高次諧波，相對論渦旋光斜入射時反射光偏離入射平面，這部分研究內容是本課題研究內容創新性較高的，獲得了國際同行的廣泛關注。
