课题三 激光尾波加速器外注入与相空间操控研究
近年来，具有超高加速梯度的激光尾波加速器发展迅猛，成为未来高能加速器的重要选项。基于激光尾波加速的完整高能加速器需由三个关键子系统构成：基于传统加速器系统（含极化粒子源、预加速器、阻尼环、压缩器等）的正负电子源，基于级联激光尾波加速器的高能加速子系统，以及对输出束流操控与品质提升的后处理子系统。因此，实现传统加速器与激光尾波加速器之间的高效率高品质耦合（外注入），以及对输出束流进行后处理以提升其品质（降低能量啁啾至~0.1%），是实现高品质单级和高耦合效率级联激光尾波加速之外的两个关键挑战。本课题负责人所在课题组分别提出基于特定分布等离子体结构的高效高品质耦合方案（PRL16）和基于束流自尾波的相空间操控去能量啁啾方案（IPAC17，PRL19），有望很好的解决此两类问题。本课题致力于通过理论模拟与实验密切结合的方式，系统研究传统加速器与激光尾波加速器间的高耦合效率外注入以及相空间操控去能量啁啾。
鲁巍
清华大学，工程物理系，教授
主要研究领域包括：激光等离子体相互作用，粒子束 等离子体相互作用，基于等离子体的新型加速器与光源，高能量密度 物理，大 规模 并行 等离子体 粒子模拟 ；2006年以来与合作者共发表学术论文XX余篇（包括3篇Nature，2篇Nature Physics，1篇Nature Photonics，4篇Nature Communications，27篇Physical Review Letters）。曾获国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）青年科学家奖，John Dawson论文奖，亚太物理联合会等离子体物理青年研究奖。
1. 基于等离子体结构的高效外注入与耦合输出
(1) 研究获得具有飞秒级超短脉冲和良好可聚焦性的高品质电子束流的方案；
(2) 研究同时实现电子束流与激光尾波加速器的高时空同步的方案；
(3) 系统性发展电子束和极光尾波加速器参数相匹配的等离子体结构。
2. 基于等离子体结构的束流能量去啁啾
(1) 发展与评估外注入过程相空间匹配有效性相关的相空间诊断手段测量可能的发射度增长；
(2) 发展与束流参数相匹配的等离子体结构；
(3) 发展束流相空间诊断的手段（包括束流纵向与横向相空间诊断）。
本重大项目希望通过五年左右的时间逐步实现从激光尾波电子加速到激光尾波电子加速器、从超快X射线成像的实用化到高品质的宽频辐射源应用研究，乃至迈向更为尖端的科学研究（面向X射线自由电子激光、TeV级正负电子对撞机）的跨越，为我国今后经济社会发展所需的加速器小型化和产业升级，以及新一代大科学粒子加速装置建造带来革命性的突破奠定基础。
而本课题两个重要研究目标是解决未来高能加速器必须克服的关键挑战：即通过基于特定等离子体结构的相空间匹配与操控，实现高效率的传统加速器系统（如对撞机正负电子源或XFEL高稳定度可控电子源）与激光尾波加速器的匹配耦合，以及获得该类应用所需的~0.1%级的低能散。本课题研究中发展的束流相空间诊断技术也可以为其他课题（课题一、二）关键物理过程的理解提供重要的方法。