中科院上海光机所再出世界领先研究成果 将推动台式化新型辐射源研制

新民晚报讯（记者 郜阳）近期，中国科学院上海光学精密机械研究所利用建成的“新一代超强超短激光综合实验装置”基于自行研制的高性能200太瓦重频激光，成功产生千分量级能散高能电子束。研究团队创新性提出协同注入机制，利用激光的自聚焦演化实现电子束啁啾补偿，在实验上获得了GeV量级、能散低至2.4‰的高品质电子束，这一成果将极大地推动台式化新型辐射源的研制。相关的研究成果发表于《物理评论快报》上。

发展小型化、低成本激光粒子加速器是科学家们一直梦寐以求的目标。超强超短激光驱动的尾波场电子加速器具有比传统的射频加速器高出三个量级以上的超高加速梯度，为实现小型化的高能粒子加速器提供了全新技术途径，对未来的同步辐射装置、自由电子激光以及高能物理研究等也将带来深远的影响。近年来，激光尾波场电子加速研究已经取得许多重要进展，但是在产生高品质电子束方面还面临诸多难题和挑战，例如能散度压缩与稳定性提高等，使其在应用方面的研究受到限制。 

多年来，上海光机所瞄准基于激光加速的重大战略需求，一直致力于高性能的激光尾波场电子加速器的研制，承担了基金委国家重大科研仪器研制项目“新一代超强超短激光综合实验装置”，在激光尾波场电子加速及其应用等方向提出独具特色的中国方案，并取得了多项世界领先的研究成果——

▲2011年，在国际上首次成功实现基于级联尾波场的准单能高能电子加速方案；

▲2013年，利用基于梯度注入的级联电子加速方案，进一步提升电子束品质，实验获得了1.3 GeV的准单能高能电子束，验证了第二空泡加速理论；

▲ 2016年，提出级联尾波场加速新方案，突破了激光尾波场加速中能散度难以压缩等重大技术瓶颈，实验获得了高亮度高品质的高能电子束，电子束六维相空间亮度远高于当时国际上同类研究结果报道，接近世界最先进的直线加速器上所能获得的电子束亮度；

▲ 在本次研究中，通过提升了激光系统的聚焦光束质量和工作稳定性，科研团队进一步设计了简单的单级气体密度结构，在实验上获得了低能散（~0.2%）高能（~820 MeV）的电子束流（国际激光尾波场加速电子领域目前报道的最小能散），并将激光尾波场加速所获得电子束的最高亮度纪录提升了2-3倍，该项成果是台式化激光电子加速领域首次将高能电子束能散压缩至千分之二，对于实现台式化激光尾波场加速器和新型辐射源的应用具有重要价值。