课题基金 / 基金详情

基于高重频激光尾波场加速的高品质稳定电子束产生

批准号:
12105180
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
秦志勇
依托单位:
学科分类:
高能量密度物理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
秦志勇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
近年来,激光尾波场加速得到了长足的进步与发展,其产生的电子束天然具有脉宽短(飞秒级)、尺寸小(微米级)以及与驱动激光同步精度高等优点,在泵浦探测、超快电子衍射和新型辐射源产生等方面具有广阔的应用前景。然而,受限于驱动激光的低重复频率和激光等离子体相互作用不稳定性等因素,目前激光尾波场加速的电子束在重复频率、稳定性和品质上还未能很好地满足实际应用的需求。本项目拟采用理论与实验相结合的方法,探索高重频激光尾波场加速产生高品质稳定电子束的新方案。通过操控激光参数和等离子体密度控制电子束的注入过程、加速相位和能量啁啾演化,实现其发射度的减小与能散度的压缩;并结合飞秒探针技术和自适应光学技术进行密度的诊断与激光参数的自反馈控制,提高电子束的稳定性,从而产生具有高重复频率的高品质稳定电子束源。本项目的研究将为高重频、高品质稳定电子束的产生提供一个有效的解决方案,为激光尾波场加速器的进一步发展做出贡献。
英文摘要
In recent years, a great progress has been made on laser wakefield accelerators (LWFAs), the generated electron beam naturally has the characteristics of femtosecond pulse width, micrometer size and high-resolution synchronization with the driving laser, which thus has a wide range of application prospects in pump-probe detection, ultra-fast electron diffraction and novel radiation sources. However, due to the low repetition of the driving laser pulse and the instability of the laser-plasma interaction, the electron beam from the LWFA has not been able to meet the application requirements well in terms of its stability (shot to shot stability), repetition-rate and beam-quality. Therefore, this project intends to explore the novel routes of high rep-rate laser driven based plasma wakefield to produce high-quality stable electron beams with high rep-rate by combining theoretical and experimental methods. By controlling the laser parameters and the plasma density distribution, the injection process, acceleration phase and energy chirp evolution of electron beams are controlled, and the transverse emittance and energy spread are reduced. Combining femtosecond probe technology and adaptive optics, plasma density diagnosis and the active feedback control of laser parameters are realized to improve the stability of electron beams. So that stable electron beam sources with high rep-rate and high-quality can be obtained. It’s anticipated that the research of this project will provide an effective solution for the generation of high rep-rate and high-quality stable electron beams, contributing to the further development for the LWFA.
近年来,激光尾波场加速得到了长足的进步与发展,其产生的电子束天然具有脉宽短(飞秒级)、尺寸小(微米级)以及与驱动激光同步精度高等优点,在泵浦探测、超快电子衍射和新型辐射源产生等方面具有广阔的应用前景。然而,受限于驱动激光的低重复频率和激光等离子体相互作用不稳定性等因素,目前激光尾波场加速的电子束在重复频率、稳定性和品质上还未能很好地满足实际应用的需求。项目负责人及研究团队紧密围绕项目计划书的研究内容和研究目标开展了实验和理论研究,主要在高重频激光尾波场加速产生高品质电子束的理论和实验以及基于放电毛细管导引的高能量电子束产生等方面深入地开展了具有特色的研究,并取得了重要的研究进展。主要研究成果包括:(1)理论上提出了一种高品质激光尾波场电子注入和加速的新方案,利用10太瓦量级飞秒激光在具有陡峭下降沿密度分布的等离子体中驱动弱非线性尾波场实现了超低发射度的电子纵向注入以及尾波场内电子能量啁啾的控制,产生了5~70MeV范围能量可调谐的超高亮度超快电子束源;(2)实验上利用10TW量级的高重频激光作为驱动源,通过构造具有陡峭下降沿的等离子体密度分布,结合电离注入和梯度注入方案获得了中心能量20~30MeV可调谐、能散度低于5%、发散角小于 2.5mrad、电荷量2~8pC的高品质电子束输出;(3)利用百太瓦量级的高功率驱动激光进行了基于放电毛细管导引的长距离激光尾波场加速实验,采用级联加速方案获得了中心能量3.2GeV的高能量电子束输出。.通过本项目的研究,在Matter and Radiation at Extremes、New Journal of Physics、Laser & Photonics Reviews、Physical Review A 、Photonics 以及中国激光等国内外重要学术刊物上发表学术论文6篇,申请发明专利1项。
基于全光调控高重频激光尾波场加速的超快X射线源产生及优化
  • 批准号:
    12575258
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    秦志勇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金