级联激光尾波场电子加速实验中电子注入方式和相位优化

Past few years have witnessed the major breakthroughs in the ?eld of electron acceleration based on the laser wake?eld accelerator (LWFA) concept, which is the basis of table-top X-ray free electron laser （FEL）.We have advocated the scheme of cascaded electron accelerator to further increase the electron energy to GeV or even 10 GeV level. However, there are still problems in designing the most effective injector stage and injecting successfully the electrons into the tail of "bubble" in the accelerating stage. Thus this subject focuses on the optimizing of the ultra-short and ultra-intense laser, the design of the injector stage and the successful injection for electrons in the accelerating stages. Detail experiments and theoretical analyse about injecting scheme and injection phase will be carried out. Besides, more flexible gas cell will be designed to enable two laser pulses introduced inside it, so that both injector stage and acceleration stage can have the independent pump source. This work can apply viable technical proposal and experimental proves for the multi-stages electron acceleration scheme.

过去的几年里，基于激光尾波场的电子加速取得了许多重大突破，它是实现台式化自由电子激光器的基础。而级联电子加速方案，是一种有效的将电子能量推进到数GeV、甚至10GeV量级的方案，但同时也存在什么才是最有效的注入源、如何将前一段注入级产生的电子束注入到后一段加速级的"空泡"尾部等急需解决的问题。本课题将从超强超短激光源的优化、电子注入源的产生和优化、电子如何成功注入到加速级三方面开展工作，对电子注入方式、注入相位进行详细的实验和理论研究。在实验中，将采用更为灵活的开放式气体池设计，采用两束超强超短激光作为独立的注入级和加速级的驱动源，进行级联电子加速方面的研究工作，为进一步实现更多级的电子加速方案提供可行的技术指导和实验验证。

过去的几年里，基于激光尾波场的电子加速取得了许多重大突破，它是实现台式化自由电子激光器的基础。 而级联电子加速方案，是一种有效的将电子能量推进到数 GeV、甚至 10GeV 量级的方案，但同时也存在什么才是最有效的注入源、如何将前一段注入级产生的电子束注入到后一段加速级的“空泡”尾部等急需解决的问题。本课题从超强超短激光源的优化、电子注入源的产生和优化、电子如何成功注入到加速级三方面开展工作，对电子注入方式、注入相位进行详细的实验和理论研究。通过优化电子在加速级的注入位置，我们采用2mm的加速距离就获得了0.5 GeV、 3%均方根能散度的单能电子；并且通过延长加速级长度到5mm获得了峰值能量超过1 GeV的准单能电子束。 在实验中，采用更为灵活的开放式气体池设计，采用两束超强超短激光作为独立的注入级和加速级的驱动源，进行级联电子加速方面的研究工作，为进一步实现更多级的电子加速方案提供可行的技术指导和实验验证。这种高能量、低能散的高能电子束，有望可以实现台式化全相干x射线自由电子激光。