微纳等离子体波荡器及短脉冲同步辐射产生研究

The laser-plasma synchrotron radiation source is a new kind of synchrotron radiation source. This program is plan to research micro-nano scale plasma undulator and the synchrotron radiation. The micro-nano scale plasma undulator is produced by interaction between the laser and the micro-nano device. Due to huge magnetic and electric field in the micro-nano scale plasma, energetic electrons which are injected into the micro-nano scale plasma will experience Betatron like motions and generate synchrotron radiations. The experiments and the particle-in-cell simulations would be included in our research to explore how to generate and control the micro-nano scale plasma undulator. The character of the synchrotron radiation from the micro-nano scale plasma is also researched.

高功率短脉冲激光技术的出现和发展为超快激光等离子体同步辐射源的发展提供了物质基础。但是，到目前为止，和传统的同步辐射装置相比，基于激光等离子体的同步辐射源和实际应用还存在不小的距离。本项目提出利用微纳等离子体波荡器产生同步辐射。激光与微纳器件相互作用可以形成微纳尺度的等离子体, 其自生磁场和自生电场的强度分别可达百兆Gs和10^12-10^14V/m。该微纳等离子体可设计成波荡器，使得入射到其中的高能电子产生Betatron振荡，从而产同步辐射。和传统波荡器和等离子体空泡波荡器相比，这种波荡器的尺度更小且可控，易于产生台面型同步辐射源。本项目将通过计算机模拟和实验测量等手段，研究微纳等离子体波荡器及短脉冲同步辐射产生。

高功率短脉冲激光技术的出现和发展为超快激光等离子体同步辐射源的发展提供了物质基础，利用激光空泡尾波场加速机理加速出来的高能准单色电子束也可以产生类似的辐射。但是，到目前为止，和传统的同步辐射装置相比，基于激光等离子体的同步辐射源和实际应用还存在不小的距离。本项目主要通过计算机模拟，理论分析等手段，研究基于微纳器件增强激光等离子体准同步辐射并建立必要的物理模型，寻找优化的激光以及微纳器件参数，获得能量和光子数量明显增加的准同步辐射源方案并进行实验验证。本项目组及合作伙伴根据严格按照任务书要求开展了相关模拟和实验研究。取得了一定的进展。主要是理论上弄清了强激光束与光子晶体靶相互作用时，激光在等离子体波导内的存在传输模式转换，激光可以通过DLA加速机制将电子加速到高能并产生高通量的类同步辐射。实验上，如预期，本项目合作方在皮秒激光打靶验证实验中获得了高通量X射线。