零滑移太赫兹驱动 Inverse Free Electron Laser 方案中的相对论电子束加速

由于具有高频率和可实现的 GV/m 场强，太赫兹辐射有望在紧凑型先进加速器中实现突破性进展，这比传统射频（RF）加速器中的场强大了数个数量级。与激光驱动方案相比，太赫兹驱动加速器的大相位接收度有利于在可观的电荷量下运行。尽管研究不断涌现，但太赫兹源，特别是基于激光的太赫兹源，在高平均电流加速器方面仍无法与 RF 放大器的效率相竞争。尽管如此，基于太赫兹的相空间操控对于各种应用具有直接意义，包括用于电子衍射/显微镜的超短束团的产生与诊断，以及紧凑型自由电子激光应用。迄今为止，维持电子束与短激光产生太赫兹脉冲之间的重叠和同步性，将相互作用限制在了几毫米尺度。我们讨论了一种新方案，该方案可实现近单周期太赫兹辐射与相对论电子束的群速度与相速度同时匹配，从而实现米尺度的相互作用。我们展示了在使用适度太赫兹脉冲能量（高达 1 uJ）的情况下，实现高达 150 keV 的能量调制。我们将这种大而高效的能量交换应用于相对论束流的束流压缩和时间标记，为实现基于激光的太赫兹加速器所赋予的独特机遇铺平了道路。