光子晶体激光驱动加速器结构

激光驱动加速在显著提高加速梯度方面具有巨大前景。然而，将基于结构的真空常规加速过程缩放至光波长量级，需要一种截然不同的结构。我们需要一种光学波导，其满足：(1) 由介电材料构成，(2) 横向尺寸在波长量级，(3) 支持真空中相速度为光速的模式。光子晶体（即电磁特性呈空间周期性的结构）能够满足这些要求。我们讨论了模拟的光子晶体加速器结构并描述了其特性。我们首先介绍一类二维结构，用以说明所涉及的设计考量与权衡。随后，我们提出一种三维结构，并描述其在加速梯度和效率方面的性能。我们讨论了该结构中的粒子束动力学，展示了一种将束流限制在波导内的方法。我们还讨论了材料和制造考量。由于加速梯度受限于结构的光学损伤，介电材料的损伤阈值是一个关键参数。我们实验测量了硅在红外波段皮秒脉冲下的损伤阈值，并确定我们的结构能够在 1550 nm 波长下承受 300 MV/m 的加速梯度。最后，我们讨论了利用常见微加工技术制造这些结构的可能性。