低能量激光脉冲可产生相对论电子束

2017-08-24 09:12

OFweek 激光网讯：据悉，研究人员首次证明了由低能、超短中红外（MIR）激光脉冲驱动的相对论电子。许多应用都可以使用更低能量和更高重复率的加速光束，例如用于医学、科学和安全等目的的快速扫描成像。

美国马里兰大学物理与电气工程教授Howard Milchberg表示：“我们目前正在努力开发紧凑、重复率高的激光加速器。也就是说使用尽可能低的激光脉冲能量来产生相对论电子。”

与以前的实验相比，本项目中使用的长驱动波长、低能飞秒激光脉冲能轻易接近所谓的“临界密度”状态。由于临界密度与激光波长的平方成反比变化，所以用于MIR激光脉冲的气体靶比可见光和NIR中使用的气体靶密度低100倍，这使得它们更加难以设计。

Milchberg指出：“当几毫焦耳飞秒的中红外激光脉冲被弯曲的镜子聚焦成氢气射流 - 从喷嘴喷出的氢气流 - 则从射流的另一侧射出相对论电子的准直脉冲。然而，除非激光器实现非常高的强度，这远远高于通过使用曲面镜聚焦可实现的强度，上述情况才会发生。它通过电离氢气中的相对自动聚焦来实现，从而使其缩套到比其焦点小得多的尺寸。”

根据Milchberg的看法，临界密度体系的价值在于即使在低能量激光脉冲下也能促进相对自动聚焦。这种增强的高强度相互作用会产生等离子体波，其将一些电子从电离氢加速成向前的相对光束。

实验表明，如果没有相对自动聚焦，就无法产生电子加速。

该团队的研究结果只是对高重复率激光驱动加速器的开发和应用的早期阶段。（文/Oscar译）