飞秒电子束的动力学

在激光尾场加速器 (LWFA) 中，持续时间约为等离子体波周期的短而强的激光脉冲会激发出异常强烈的等离子体尾波（激光尾场）。近期关于激光尾场加速的实验 [Nature (London) 431, p.535, p.538, p.541 (2004)] 展示了产生超短（持续时间为几飞秒）、相对论性电子束，其能量散度相对较低，约为百分之几。我们研究了此类电子束在真空及激光尾场中的动力学。结果表明，在这两种情况下，电子束在仅几毫米的传播距离内就表现出强烈的动力学效应。在真空中，电子束半径和发射度迅速增长，后者恶化了电子束的可聚焦性。我们发现，当飞秒电子束在通道导引的激光尾场中被加速时，对于实际的束长，束长大致保持不变。然而，betatron 频率的分散导致轴上注入时电子束包络内发生快速的 betatron 相位混合。当电子束离轴注入激光尾场时，电子束退相干导致归一化电子束发射度显著增加，并且在某些情况下，加速后能量散度也会增加。我们还讨论了一种可能的两级激光尾场加速器方案。