课题四 激光尾波场加速驱动的新型辐射源研究
超短超强激光驱动的尾波场加速不仅可实现加速器的超强化和小型化，基于该型加速器的各种次生辐射源更是具有许多独特的优点。本课题在精确控制激光尾波场电子加速基础之上，针对目前激光驱动超快辐射源与现有大型光源相比的短板和与之形成互补的目标，计划在辐射光子能量、特殊波段的峰值亮度方面进行极大地拓展和强化。重点研究：稳定的激光尾波场电子加速及对撞的高阶非线性汤姆逊散射过程，和高能伽马射线辐射源的产生，将为量子电动力学打开实验研究的大门；尾波场在密度梯度中强烈的“光子减速”产生的超强峰值亮度中红外脉冲辐射；以及激光尾波场加速产生的超高亮度相干太赫兹辐射，将有可能诊断尾波场的真实结构。这三个新出现的研究方向，都基于尾波场电子加速，均具迥异于现有光源的特性。在这些过程中所产生的辐射将覆盖从太赫兹到伽马射线波段的广域波段范围，将为不同的应用领域提供全新的超强超快驱动和诊断手段。
陈黎明
上海交通大学，物理与天文学院，教授
长期从事高能量密度物理、激光电子加速和超快辐射研究。现任国际X射线激光学会委员、欧洲先进加速器学会国际顾问委 员。在 PNAS, Physics Review Letters等权威杂志上发表学术论文160余篇，论文被引用2000多次；应邀在重要国际会议上作邀请报告60次。成果入选中科院“年度科技创新亮点成果”和“中国光学十大进展”，并在【怀柔综合极端条件】等国家重大科技设施中实现了重要应用。曾获百人计划终期评估优秀、求是杰出科技成就集体奖、上海自然科学一等奖、军队科技进步一等奖、日本原研理事长奖等。先后主持了国家重大科技基础设施子系统，基金委重点项目等二十余项科研项目。
1. 非线性汤姆逊散射过程中重要且基础的物理机制的研究
(1) 研究非线性汤姆逊散射过程中的多光子吸收现象；
(2) 研究由汤姆逊散射产生的高能γ射线源的产生、测量、优化及应用等。
2. 超强超宽THz辐射的研究
(1) 发展单发测量技术，研究THz辐射产生效率、脉冲时空分布于气体密度分布、入射激光强度等的依赖关系；
(2) 通过该机制产生高强度的频率可调谐的THz辐射源，将THz辐射频率拓展至30THz；
(3) 探讨通过该机制对激光尾波结构的诊断。
3. 超强中红外辐射的研究
(1) 优化等离子体结构，实现对尾波场加速中半生的光子减速过程进行研究和控制；
(2) 通过实验深入开展基于该机制的超强中红外脉冲的产生与测量研究。
该课题全部研究内容均是基于激光尾波场电子加速过程，以及随之产生的次级辐射而展开。这些辐射源的产生、控制和优化，既是来源于电子加速过程本身，同时也可以对电子加速过程进行诊断、反演和控制，对激光尾波场加速器的发展具有重要的意义。例如，研究通过稳定精确地实现高能电子加速，并使其与强激光发生非线性汤姆逊散射，对相互作用过程中辐射的X/γ射线的研究，揭示非线性汤姆逊散射过程中诸多未被实验验证的物理过程，这样通过实验既可产生可应用的高能汤姆逊散射X/γ射线源，又对激光尾场加速器的进一步发展提供技术支持；通过研究激光尾场中的THz 辐射，既能拓展基于激光尾场加速的辐射频谱和应用范围，反之通过对尾波场产生的THz 辐射的探测，也可以建立全新的激光尾场诊断新手段，为激光尾场加速器的发展提供关键的支持；而基于尾场加速产生的波长超过5 微米、能量输出超过毫焦的近单周期超强中红外脉冲，该研究首先要控制尾波场的激发和演化过程，对先进加速器的控制和优化意义重大，同时该辐射源本身对于红外非线性光学、原子分子超快光谱学、时间分辨分子结构成像、高次谐波产生阿秒脉冲与激光离子加速等研究都有重要意义，特别是其能够提供的相干辐射具有进行中红外电子加速的研究能力，将开拓一个全新的研究领域。