课题二 面向应用需求的激光尾波场电子加速研究
激光尾波场电子加速技术经过十几年的发展，获得的电子其各方面的品质，例如能散度和能量等都有了较大提升，但还落后于发展了几十年的传统加速器产生的电子束流品质，这大大 限制了其应用价值。除了需要追求更高的能量外，迫切需要面向应用需求，例如为台式化x射 线γ射线辐射源，基于尾波加速的自由电子激光器以及非线性汤姆逊散射等，提供稳定的高品 质电子束。为此，基于我们多年在激光尾波加速的实验积累，我们准备从提升电子束稳定性、 压缩电子束能散、降低电子束发射度三方面入手，对激光尾场电子加速的整个物理过程进行详 细的理论和实验研究，全面优化电子束的各项性能指标，为最终实现激光电子加速技术的应用 需求提供保障。这不仅在本重大项目中起着重要的作用，也可以为本项目中其它的课题提供优 质的电子源，同时对本领域的发展也有着重要的意义，将大大推动这种台式化激光电子加速器 的应用化进程。
王文涛
中国科学院上海光学精密器械研究所，
强场激光物理国家重点实验室，研究员。
主要从事超强超快激光同物质相互作用的研究和科学装置建设。在级联激光电子加速、台式化高品质电子加速器、台式化自由电子激光装置等方面做出了一系列国际领先的研究成果。在Physical Review Letters、Scientific Reports、Applied Physics Letters 等国际学术期刊发表论文50余篇，授权发明专利10余项。主持国家级项目3项，省部级项目6项，作为系统负责人负责国家重大项目和研发计划10余项。曾获“2016中国光学重要成果”。2020年荣获卓越尚光领军人才称号。
1. 提升电子束流稳定性，缓解电子束传输难、控制难、应用难的窘迫现状
(1)优化激光系统的指向稳定性、能量稳定性，优化超音速气体喷流形成的低密度等离子体密度分布的稳定性;
(2)选择合适的激光等离子体参数匹配，降低加速过程对等离子体密度和激光能量的需求，抑制相对论强度下非线性效应对不稳定性的放大;
(3)选择具有特殊结构的密度分布和电子的注入方式等，确保电子束注入时刻和位置保持不变.
2. 压缩电子束能散，实现激光尾波场电子加速千分量级能散度
(1)通过调控纵向上等离子体密度分布来实现啁啾补偿;
(2)双色场离化注入.
3. 压缩电子束发射度和空间尺寸
(1)利用Betatron辐射可以对电子束发射度实时测量;
(2)设计电子的传输和聚焦系统.
本课题主要是为了完成本重大项目中产生高品质电子源这一部分的内容，属于重大项目中最基础，又极其重要的一部分。“激光等离子体尾波加速机制及其技术研究”这一重大项目的目标之一是解决面向建设激光等离子体电子加速器用户装置中的关键问题和挑战，为将来装置建设奠定坚实的基础。而用户装置所需要的稳定性以及电子束参数多维控制，正是本课题所研究的内容。通过尾波场加速产生高品质的电子源，既是加快尾波场加速应用化进程的关键点，也是激光加速走向激光加速器的核心内容。所以，我们这个课题所研究的内容不仅在本项目中起着重要的作用，同时对本领域的发展也有着重要的意义。另外，我们产生的高品质电子源，也可以为本项目中其它的课题提供优质的电子源。