上海光機所在基于主動等離子體透鏡的高色品容忍度緊湊型自由電子激光束線的研究中取得進展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所超強激光科學(xué)與技術(shù)全國重點實驗室研究團隊，在基于主動等離子體透鏡的高色品容忍度緊湊型自由電子激光束線方面取得進展，相關(guān)成果以“Active Plasma Lens based Beamline for Chromaticity-tolerant Compact Free-Electron Lasers”為題，發(fā)表于Optics Express。
 

　　激光尾波加速(Laser Wakefield Acceleration, LWFA)是近年來迅速發(fā)展的一種加速技術(shù)，其在包括高能粒子對撞機、醫(yī)療診斷系統(tǒng)及相干輻射源等領(lǐng)域均展示了發(fā)展?jié)摿Α１M管通過LWFA驅(qū)動的自由電子激光已經(jīng)取得了一系列進展，但由于電子束在能量抖動、指向抖動等方面的缺陷，要實現(xiàn)穩(wěn)定的高增益FEL輸出仍是一個重大挑戰(zhàn)。
 

　　近期，團隊設(shè)計了一種基于主動等離子體透鏡(Active Plasma lens, APL)的束流傳輸系統(tǒng)，通過全過程仿真獲得了7.2 μJ的輻射能量和3.2 GW @13.5nm峰值功率。在束流能量-7%至+9%的抖動下，束線依舊保持1 μJ以上的輸出能量，極大提升了基于LWFA的緊湊型FEL能量抖動容忍度，相較于基于四極鐵的傳統(tǒng)束流傳輸系統(tǒng)提升了3倍以上。研究結(jié)果表明，將主動等離子體透鏡應(yīng)用于基于LWFA的FEL裝置將顯著提高相干輻射能量的穩(wěn)定性，展現(xiàn)了其在未來臺式化自由電子激光裝置中的卓越性能。
 

　　相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)專項、中國科學(xué)院青促會等項目的支持。
 

　　圖1：能量抖動測試，電子束在(a)基于四極鐵傳統(tǒng)束線(b)基于主動等離子體透鏡束線中的束團尺寸演化。
 

　　圖2：基于四極鐵的傳統(tǒng)束線與基于主動等離子體透鏡的束線在(a)電子束能量抖動下的FEL能量輸出(b)電子束指向抖動下的FEL能量輸出。