根據(jù)研究人員表示，以低耗能超短中紅外激光脈沖為能源的相對論電子束已經(jīng)首次展示在世人面前。很多應用都可以使用低能耗和更高頻加速束，比如在醫(yī)療，科學研究和安全問題使用中的快速掃描成像。
馬里蘭大學物理和電子工程的Howard Milchberg教授說：”我們正在試著開發(fā)一個高頻而簡約的激光驅動加速器，這意味著將用會盡可能低的能耗的激光脈沖來產(chǎn)生相對論電子。”
與以前的實驗相比，本項目中使用的長驅動波長低能飛秒激光脈沖可以輕松地達到所謂的“臨界點密度”的狀態(tài)。由于臨界密度與激光波長的平方成反比變化，所以用于中紅外激光脈沖的氣體靶可以比可見光和近紅外光譜中使用的氣體目標密度低100倍，這使得它們的設計很簡單。
Milchberg：說當幾毫焦耳的飛秒中紅外激光脈沖被一個曲面鏡聚焦成氫氣噴射流時，一個氫氣流從噴口噴薄而出，相對論電子束的準直脈沖從射流的另一側射出。然而，除非激光能達到遠遠超過使用曲面鏡聚焦所能達到極其高的強度，否則這一切都沒有實際意義，它通過電離氫氣中的相對自我聚焦來實現(xiàn)，使其塌陷到遠遠小于其焦點的尺寸。
馬里蘭大學物理和電子工程的Howard Milchberg教授說：”我們正在試著開發(fā)一個高頻而簡約的激光驅動加速器，這意味著將用會盡可能低的能耗的激光脈沖來產(chǎn)生相對論電子。”
與以前的實驗相比，本項目中使用的長驅動波長低能飛秒激光脈沖可以輕松地達到所謂的“臨界點密度”的狀態(tài)。由于臨界密度與激光波長的平方成反比變化，所以用于中紅外激光脈沖的氣體靶可以比可見光和近紅外光譜中使用的氣體目標密度低100倍，這使得它們的設計很簡單。
Milchberg：說當幾毫焦耳的飛秒中紅外激光脈沖被一個曲面鏡聚焦成氫氣噴射流時，一個氫氣流從噴口噴薄而出，相對論電子束的準直脈沖從射流的另一側射出。然而，除非激光能達到遠遠超過使用曲面鏡聚焦所能達到極其高的強度，否則這一切都沒有實際意義，它通過電離氫氣中的相對自我聚焦來實現(xiàn)，使其塌陷到遠遠小于其焦點的尺寸。
根據(jù)Milchberg的說法，臨界密度狀態(tài)的價值在于它即使對于低能量激光脈沖也促進了相對自我聚焦。 這種增強的高強度相互作用會產(chǎn)生等離子體波，其將一些電子從電離氫加速成向前定向的相對論性射束。
實驗表明，電子束存在用于功率，使得等離子體中的特征自聚焦長度短于氣體射流寬度，表明不存在相對自我聚焦的電子加速度。
相對自我聚焦是非線性光學中自聚焦過程的一個極端例子，但是從非線性介質產(chǎn)生的加速相對論粒子的另外一個好處就是， 即使只有20 mJ的中紅外激光能量，在這些實驗中的激光顯著超過相對自我聚焦的閾值，從而產(chǎn)生相對論的復絲。 該小組觀察到與這些細絲相關的多個相對論電子束。
研究團隊的發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)了對高頻激光驅動加速器的開發(fā)與應用的前期步驟。
“特別來說，長波長飛秒激光器是特別有希望的，因為它們可以非常容易地獲得自由電子的相對論非線性方程，”Milchberg說。
翻譯/NICK
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