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有读书笔记Real-time observation of laser-driven electron acceleration

唐唐 添加于 2011-4-3 05:21 | 1651 次阅读 | 0 个评论

  •  作 者

    Buck A, Nicolai M, Schmid K, Sears CMS, Sävert A, Mikhailova JM, Krausz F, Kaluza MC, Veisz L

  •  摘 要

    Electron acceleration by laser-driven plasma waves1, 2 is capableof producing ultra-relativistic, quasi-monoenergetic electron bunches3, 4, 5 with orders of magnitude higher accelerating gradients and much shorter electron pulses than state-of-the-art radio-frequency accelerators. Recent developments have shown peak energies reaching into the GeV range6 and improved stability and control over the energy spectrum and charge7. Future applications, such as the development of laboratory X-ray sources with unprecedented peak brilliance8, 9 or ultrafast time-resolved measurements10 critically rely on a temporal characterization of the acceleration process and the electron bunch. Here, we report the first real-time observation of the accelerated electron pulse and the accelerating plasma wave. Our time-resolved study allows a single-shot measurement of the 5.8−2.1+1.9 fs electron bunch full-width at half-maximum (2.5−0.9+0.8 fs root mean square) as well as the plasma wave with a density-dependent period of 12–22 fs and reveals the evolution of the bunch, its position in the surrounding plasma wave and the wake dynamics. The results afford promise for brilliant, sub-ångström-wavelength ultrafast electron and photon sources for diffraction imaging with atomic resolution in space and time11.

  •  详细资料

    • 文献种类: Journal Article
    • 期刊名称: Nature Physics
    • 期刊缩写: Nat Phys
    • 期卷页: 2011年
    • ISBN: 1745-2473

  • 学科领域 信息系统 » 电子通信

  • 相关链接 DOI URL 

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    研究成功记录电子等离子体波及电子束

    强烈激光脉冲（橙黄色）通过振荡的电子与稳定氦离子产生一束等离子体波（白色，调整型表面）部分电子脱离等离子体波，随激光脉冲以光速呈现密集飞行（红色小球）。（图片来源：Christian Hackenberger）
     
    德国马普量子光学研究所阿秒物理学实验室的物理学家们近日成功实时观察到由激光产生的电子等离子体波以及相应电子束。他们将这一发现刊登在《自然—物理学》上。
     
    在这项实验中，科学家采用特制喷嘴射出氦气流，而后用激光脉冲对准氦气流，产生持续数飞秒（1飞秒=10-15秒）时间的光束，其中含有一小部分周期波和大约1018个光子。如此高强度的脉冲将氦气原子中的电子剥离开，形成由自由电子和氦原子核组成的等离子体，此时的电子要远远轻于氦离子。当激光脉冲经过检测系统时，离子仍维持稳定，自由电子将围绕平衡位置发生振荡，从而形成等离子体波，其振荡一次耗时大约20飞秒。
     
    此外，这种等离子体波可以产生巨大的电场，比世上最大的粒子加速器所产生的电场还强1000倍。少量电子则在这种电场的作用下，随激光脉冲进行密集飞行，并逐渐接近光速，且具有几乎相同的能量。这也是科学家首次让低分辨率下分别观察电子束和等离子体波的想法成为可能。
     
    由于等离子体波的周期性结构可以使光发生折射并产生部分偏转，所以“我们观察到偏转现象，并因此将等离子体波转制为亮光形式，用摄像机成像记录下来”，研究领导人拉兹洛·维兹（Laszlo Veisz）如是解释。
     
    这项研究发现将有助科学家研发更高质量的X射线源以用于基础研究和医学研究。（科学网 张笑/编译）
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