相对论强度激光与等离子体相互作用产生高强度阿秒相干X射线源的研究

随着超短脉冲激光技术的飞速发展，飞秒脉冲激光的聚焦强度已经进入了强相对论范畴，使得等离子体高次谐波，特别是固体表面高次谐波的研究成为一个非常活跃的研究热点。利用相对论强度的飞秒激光与等离子体相互作用产生高次谐波有可能在不久的将来成为进一步获得更高强度更短脉冲相干X射线辐射源的主要途径。本课题主要开展飞秒百太瓦激光 (>100TW,50fs)与固体靶以及气体喷流相互作用产生高次谐波及相干X射线源的实验与理论研究。通过预脉冲控制等离子体参数以及制备低密度固体靶获得最有效的高次谐波辐射；设计双脉冲对撞实验，研究如何操控高能电子束和等离子体波与飞秒激光的对撞提高高次谐波的转换效率以及产生极紫外超连续谱。在理论研究方面，主要采用PIC粒子模拟研究如何控制高次谐波的相位产生单个阿秒脉冲，以及探索控制等离子体镜或者等离子体波获得高强度相干X射线源的新机制和新方案。

随着超短脉冲激光技术的飞速发展，飞秒脉冲激光的聚焦强度已经进入了强相对论范畴，利用相对论强度的飞秒激光与等离子体相互作用产生高能电子束及高强度短脉冲非相干和相干的X射线辐射源是强场激光物理的一个重要研究方向。本项目主要开展了超强超短脉冲激光与固体靶以及气体喷流相互作用产生高能电子束及X射线辐射源的实验与理论研究。在利用高对比度的超短脉冲激光与固体表面等离子体波相互作用实验研究中，观测到可控制的准单能电子束的发射及其偏转效应。提出了激光驱动表面等离子体波锁相电子发射的两步模型，揭示了准单能电子束发射及其偏转效应的物理机制。提出了利用双脉冲对撞超薄电子层产生极紫外和阿秒X-射线脉冲的方案，可用于实现频率可调调谐的阿秒X射线源，并研究了载波相位对线偏振激光入射和圆偏振激光入射产生单个阿秒脉冲的影响。成功开展了飞秒百太瓦级激光驱动的尾波场电子加速实验研究。利用全光驱动双尾波场级联电子加速器方案，成功实现了电子注入与电子加速的两个基本物理过程的分离与控制，实验获得了能量近GeV的准单能电子束和 187 GV/m的加速梯度等研究成果。