激光驱动飞秒电子束消色差传输束线设计

激光等离子体加速输出的电子束具有fs量级脉冲长度的优异品质。由于强激光场的存在,直接应用存在一定困难,更多应用场景需要把电子束传输到应用端。能散导致电子束在传输中产生能量啁啾,需要通过束流光学设计抑制脉冲长度的增长。通过对电子束在消色差束线中传输的研究,探索了消色差和非消色差传输中脉冲长度压缩的差异,以及消色差束线中偏转角度、偏转半径对不同能量电子束脉冲长度压缩的影响。针对消色差传输中仅有某个能量电子束得到最优压缩的局限,利用四极透镜磁场梯度的调节使电子束的传输适度偏离消色差,改变对能量啁啾的影响,实现在固定尺寸束线中不同能量电子束的压缩。

低温Yb:YAG碟片激光器

Yb∶YAG晶体具有较高的损伤阈值、较长的荧光寿命和良好的力学性能且便于生长加工。在液氮温区,Yb∶YAG从准三能级结构转变为四能级结构,饱和通量下降至损伤阈值以下,并且热导率大幅提升、热膨胀系数大幅下降,因此基于低温冷却的Yb∶YAG晶体有望支持高重复频率高能量激光脉冲的输出。本团队积极探索低温Yb∶YAG激光放大技术,前期采用低温棒状Yb∶YAG晶体进行了激光放大,获得了重复频率为1 kHz、脉冲能量为61 mJ的单模纳秒激光。为进一步克服热效应并提升功率和能量,我们开展了低温Yb∶YAG碟片激光器放大技术研究。

宽能谱激光驱动质子束的传输与均匀化

激光加速器在几十年的发展中不断进步.激光等离子体作用产生的加速电场能够在微米尺度将质子加速到数十甚至百兆电子伏能量,有望成为新一代广泛应用的紧凑加速器.激光驱动质子束具有微米量级尺寸(点源)、安培量级的峰值电流、大能散、大散角等特点,具有广阔的应用前景.辐照应用要求质子束在较大面积上具有均匀分布剂量,因而需要在传输中完成从点源到较大面积、剂量均匀的质子束变换.为提高激光加速质子束的利用效率,要求传输的质子束能散范围尽可能大.而色差效应对大能散质子束的传输和均匀化提出了挑战.常梯度磁场的弱聚焦作用可以在水平和竖直方向同时聚焦,在水平方向分析能量;聚焦和能量分析一体化的光学特点能够实现消色差,或者显著降低色差的影响.本文研究了弱聚焦磁场用于大能散质子束传输和均匀化的特点和可行性,实现了20%能散质子束的均匀化传输.通过加入特殊的导向磁铁修正散角,减小色差效应在位置消色差中的影响,使得80%能散质子束传输后可保持较好的均匀性.对比质子束在强聚焦元件四极透镜中的传输,展示了弱聚焦磁场用于大能散质子束均匀化的优势.