對超強(qiáng)超短脈沖激光-等離子體中高能電子加速的研究，有著非常重要的應(yīng)用前景，吸引了許多科學(xué)工作者對其不斷探索。提高激光的強(qiáng)度是激光工作者孜孜不倦的追求。激光的能量越高，脈沖寬度越短，則峰值功率越高。

2019年底，“新一代超強(qiáng)超短激光綜合實(shí)驗(yàn)裝置”項(xiàng)目通過國家自然科學(xué)基金委員會(huì)組織專家的測試，順利完成驗(yàn)收，該裝置將基于激光尾波場加速器實(shí)現(xiàn)臺(tái)式化XFEL 輸出的原理驗(yàn)證。該裝置由高性能重復(fù)頻率百太瓦級(jí)超強(qiáng)超短激光系統(tǒng)、中紅外新波段可調(diào)諧超強(qiáng)超短激光系統(tǒng)、激光尾波場電子加速與臺(tái)式化X 射線波段自由電子激光(XFEL)系統(tǒng)、高次諧波XUV相干光源系統(tǒng)等四個(gè)系統(tǒng)組成。 首次觀察到基于激光加速的自由電子激光輻射非線性放大效應(yīng)，并在激光尾波場電子加速、中紅外新波段超強(qiáng)超短激光、激光驅(qū)動(dòng)高次諧波產(chǎn)生等研究中取得了國際領(lǐng)先水平成果。

超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)

成功產(chǎn)生反物質(zhì)——超快正電子源，這一發(fā)現(xiàn)將在材料的無損探測、激光驅(qū)動(dòng)正負(fù)電子對撞機(jī)、癌癥診斷等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用。小型臺(tái)式激光器已經(jīng)能夠提供高重復(fù)頻率超短脈寬超高功率的激光脈沖輸出，超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)的粒子加速器，突破了傳統(tǒng)射頻加速器的加速電場極限，提供了超高加速梯度，極大的降低了加速器的規(guī)模和成本，將會(huì)在眾多領(lǐng)域如癌癥的質(zhì)子治療、自由電子激光、生物醫(yī)學(xué)高分辨率成像、材料檢測及高能粒子物理研究中得到廣泛應(yīng)用，并將帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

脈沖X射線機(jī)

該裝置主要由電子光學(xué)系統(tǒng)(包括注入器、透鏡、脈沖發(fā)生器、電子槍等)、射頻高壓電源和機(jī)械系統(tǒng)等部分組成.由于它一方面能像普通的閃光X射線照相或陰影射線照相，另一方面又能使X射線脈沖貫穿各種不同厚度的材料，特別是高原子序數(shù)的元素如鈾，因而它具有一定的完成清晰邊界爆轟炸藥和爆炸驅(qū)動(dòng)金屬系統(tǒng)射線照相的精確測定的能力.閃光X射線照相，是完成與爆轟波和沖擊波有關(guān)實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要診斷技術(shù)，是發(fā)展核物理，特別是核武器物理技術(shù)的一項(xiàng)必不可少的實(shí)驗(yàn)手段。

自由電子激光器

是一種新型的強(qiáng)相干輻射源。由于它可能具有高功率、高效率、波長的大范圍調(diào)諧和超短脈沖的時(shí)間結(jié)構(gòu)等一系列優(yōu)良特性而受到人們的格外重視。是利用相對論電子束通過周期磁場將電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為輻射能。適宜于研究光與原子、分子和凝固態(tài)物質(zhì)的相互作用, 這類研究涉及到固體表面物理、半導(dǎo)體物理、超導(dǎo)體、凝聚態(tài)物理、化學(xué)、光譜學(xué)、非線性光學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料、能源、通信、國防和技術(shù)科學(xué)等多個(gè)方面。

激光尾波場電子加速

利用超短超強(qiáng)激光在等離子體中激發(fā)出的高強(qiáng)度尾波場來實(shí)現(xiàn)電子加速的方案也取得了巨大進(jìn)展。相對于傳統(tǒng)的射頻腔加速器，這種新型的加速器由于以等離子體為介質(zhì)，可以突破傳統(tǒng)加速器中加速梯度小于100MV/m的限制,其加速梯度可以達(dá)到100GV/m。電子在這樣的加速場下，在厘米量級(jí)的距離內(nèi)就可以獲得GeV的能量。隨著臺(tái)面型超短超強(qiáng)激光器的發(fā)展，新一代實(shí)用化的臺(tái)面型電子加速器有望在不遠(yuǎn)的將來得以實(shí)現(xiàn)。

臺(tái)式X射線激光器

X射線激光器是一種高亮度、短波長相干光源并可以短脈沖方式運(yùn)行的激光器，它在需要高時(shí)空分辨的微觀快過程的研究領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。臺(tái)式X射線激光器的前景一直吸引著化學(xué)家和生物學(xué)家的注意.這樣的臺(tái)式X射線激光器可以揭示細(xì)胞內(nèi)部活動(dòng)的秘密或使研究者更好地了解化學(xué)作用.對于核聚變專家來說,X射線激光器可提供更好的加熱等離子體的方法。

相干光源系統(tǒng)

在光纖通信中，必須要用相干光來載送信號(hào)的載波。在光學(xué)上，相干光是指“在時(shí)間或空間的任意點(diǎn)上，特別是在垂直于光的傳播方向的平面上的一個(gè)區(qū)域內(nèi)，或在空間的一個(gè)特定點(diǎn)的所有時(shí)間里，光的所有參數(shù)都可以預(yù)測并相關(guān)的光”。