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具有时空整形超快激光脉冲的倾斜雪犁式有质动力电子加速

DOI：10.3389/fphy.2019.00066 期刊：Frontiers in Physics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 我们提出了一种利用倾斜超快激光脉冲的啁啾力在自由空间中加速电子的新方案。强度包络的倾斜源于脉冲光谱的角向色散，这会减缓脉冲与自由电子的相互作用。较慢的有效脉冲速度为电子提供了从静止开始加速并保持在波上的时间。我们在绝热啁啾力近似下，给出了非相对论和相对论的单粒子解析模型，描述了理想无限倾斜脉冲以及有限宽度光束的过程。分析预测了作为脉冲前沿倾斜角函数的阈值强度，并表明在理想情况下，电子的输出能量是捕获阈值处啁啾势的四倍。使用二维OSIRIS 4.0粒子模拟器进行的全场模拟验证了该基本方案。这种倾斜脉冲加速方案有望作为一种实验室规模的电子加速方法，以良好的能量和角度分辨率将电子加速到MeV量级，用于超快电子衍射或注入第二级加速器。
作者： Alex M. Wilhelm，Charles G. Durfee
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究利用倾斜的超快激光脉冲通过有质动力加速自由空间中的电子，旨在实现兆电子伏特（MeV）量级的加速，并获得良好的能量和角度分辨率，以应用于超快电子衍射或注入第二级加速器等场景。

研究成果

倾斜脉冲加速方案被证明是一种高效的实验室规模方法，利用倾斜的超快激光脉冲将电子从静止状态加速到相对论能量。该方案因脉冲前沿倾斜而具有更长的相互作用时间，从而能够使用能量较低的脉冲实现有效加速。该方法有望产生窄能量和角分布，适用于超快电子衍射等应用，并可作为进一步加速阶段的注入源。

研究不足

该研究主要关注空间电荷效应可忽略的低密度场景。文中提及未来工作方向包括在高密度区域（含尾场区域）的优化与应用潜力。

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