上海光机所在超强厄米-高斯激光驱动阿秒电子加速研究中取得进展

图1.HG激光与高斯激光驱动下电子束的时空演化对比

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室与国科大杭州高等研究院合作，在利用厄米-高斯(Hermite-Gaussian，HG)激光直接加速产生准直高能阿秒电子束研究方面取得进展，相关成果以“Direct acceleration of collimated high-energy attosecond electron bunches driven by intense Hermite-Gaussian lasers”为题，发表于Optics Express。

阿秒电子源在超快科学研究及高亮度辐射源产生中发挥关键作用，已成为当前激光等离子体物理领域的研究前沿。然而，现有技术方案在制备高能量、低发散角、短脉冲的阿秒电子束方面仍面临诸多瓶颈：激光尾场加速虽能获得高品质束流，但受限于注入相位敏感性及束流负荷问题;传统高斯激光直接加速方案虽可实现纳库级电荷输出，却存在电子发散角大、束流质量欠佳等缺陷，难以满足精密科学应用的需求。

近期，科研团队提出利用超强HG₁₀模式激光辐照薄等离子体靶，实现了高能、准直阿秒电子束团的产生。三维粒子模拟结果表明：HG₁₀模式激光的独特光场结构可高效提取等离子体电子，这些电子经激光光场周期性调制后，形成脉宽约200阿秒的超短电子束团;同时激光纵向电场可将电子能量加速至2GeV，横向向内电场则将束团发散角压缩至0.7°。此外，通过超强高斯激光入射双台阶等离子体镜的相位调制方案，可产生所需的超强HG₁₀模式激光，且该方案对激光与靶的对准偏差具有良好鲁棒性。该方法改善了高斯激光驱动电子束的发散问题，为超高亮度X/γ射线辐射源产生、超快微观过程探测等应用提供了新的技术路径。

图2. HG激光产生原理图及鲁棒性

相关研究得到了中国科学院战略重点研究项目、国家自然科学基金项目、上海市自然科学基金项目、中国科学院国际合作项目、先导A、科技部重点研发项目的支持。(超强激光科学与技术全国重点实验室供稿)