近日，我校数理学院刘建胜课题组报道了飞秒强激光驱动尾波场加速产生超低能散度、高亮度新型粒子束源的最新研究进展。研究人员提出了一种利用飞秒激光驱动准线性尾波场粒子加速产生万分级超低能散度高亮度高能粒子束源的新方案，通过设计阶梯型密度调制的等离子体对粒子束进行周期性的能量啁啾调控和准稳相加速，成功突破千分级能散度的重要壁垒，实现了万分级超低能散度的新型高能粒子加速。该研究成果近期以“Sub-per-mille bunch energy spread in a quasi-linear laser-wakefield accelerator via periodical de-chirpings”为题，于2025年4月6日在线发表于Nature旗下期刊Communications Physics (中科院和JCR分区均为1区)。上海师范大学为唯一署名单位，数理学院余昌海副研究员和秦志勇副研究员为论文共同第一作者，余昌海副研究员和刘建胜研究员为论文通讯作者。
飞秒强激光驱动的尾波场粒子加速为人们提供了一种全新的小型化电子加速新途径，因其具有超高加速梯度、脉冲时间短以及与激光天然的高精度同步性能而备受青睐，为发展新一代粒子加速技术、新型超快辐射源及其前沿应用研究提供了新机遇和新方案。飞秒强激光驱动的新型辐射及粒子束源，能量覆盖范围宽，时间宽度极短，在高能物理、材料科学、凝聚态物理、生命科学、医学及超快化学分子动力学等前沿交叉科学中具有广阔的应用前景。经过近20年的快速发展，激光尾波场粒子加速在粒子束源的高能量增益和性能参数上均取得了长足的进步，正面临从激光加速到加速器的跨越。一方面，激光尾波场加速的电子束能量不断提高，正在向10 GeV迈进；另一方面，激光尾波场加速的电子束性能，如电子束的能散度、发射度、稳定性等，也在不断改善。但仍有很多关键的科学问题和技术难点需要进一步深入地探索和解决，特别是等离子体加速器如何突破千分之一能散度这方面仍极具挑战。
飞秒强激光驱动准线性尾波场加速产生超低能散度高亮度高能粒子束源示意图
为进一步突破千分级能散度的重要壁垒，刘建胜教授研究团队基于前期在激光尾波场高品质电子加速及其应用方面已取得的一系列重要原创成果的基础上（Phys.Rev. Lett., 117,124801 (2016)；Phys. Rev. Lett., 126, 214801 (2021)；Nature, 595, 516 (2021)；Matter Radia. Extremes, 9, 035201 (2024)等），进一步提出了一种飞秒激光驱动准线性尾波场粒子加速，并周期性的能量啁啾调控和准稳相加速的新方案，为产生万分级能散度高亮度高能粒子加速提供了一种全新途径，将进一步促进激光尾波场粒子加速在前沿交叉科学中的应用。
准线性激光尾波场中周期性的能量啁啾调控、准稳相加速及电子束能谱示意图
该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市教委科创重大项目的资助。
（供稿、图片：数理学院）
论文链接网址：https://www.nature.com/articles/s42005-025-02057-6
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