中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室(籌)光物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高能量密度物理研究組陳黎明研究員及其研究團(tuán)隊(duì)與上海交大張杰院士、盛政明教授團(tuán)隊(duì)合作，2013年在實(shí)驗(yàn)中利用僅3TW的激光與氣體團(tuán)簇相互作用，驅(qū)動了“激光直接加速”機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了電荷量和波蕩振幅的增加，獲得40倍增強(qiáng)的電子回旋輻射【Sci. Reports 3,1912(2013)】；同時(shí)該團(tuán)隊(duì)連續(xù)申請美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）激光打靶發(fā)次獲得批準(zhǔn)，利用美方的Callisto激光裝置，實(shí)驗(yàn)結(jié)果克服了電子束和輻射源品質(zhì)之間相互制約的瓶頸，在大幅提升輻射產(chǎn)額的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了二者“同時(shí)獲得”的突破，為物質(zhì)科學(xué)等領(lǐng)域提供了飛秒時(shí)間分辨的“X射線泵浦-電子探針”這一重要的實(shí)驗(yàn)手段【PNAS 111(16), 5825(2014)】。在此基礎(chǔ)上該團(tuán)隊(duì)近期又取得了新的進(jìn)展：

　　1）由于團(tuán)簇對激光器對比度的高要求，以及波蕩注入等自注入方式的隨機(jī)性，迫切需要一種更簡單、更穩(wěn)定的電子加速和回旋輻射產(chǎn)生方法。為此，該團(tuán)隊(duì)利用電離注入的方式獲得了實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。他們利用激光聚焦和克爾效應(yīng)的平衡所導(dǎo)致的最高光強(qiáng)的瞬時(shí)性，使離化注入這種前人普遍認(rèn)為連續(xù)的注入方式也獲得了很低能散的單能電子束，同時(shí)離化注入天然具有的穩(wěn)定性使電子加速過程的可控性得以保留。另外，離化注入的電子由于受激光尾部的強(qiáng)烈調(diào)制，極易共振而產(chǎn)生較高能量的輻射。這些結(jié)論在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到了印證。

　　2）目前相對論光強(qiáng)下電子的加速模式紛繁復(fù)雜。為了對電子的注入和加速過程進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，需要知悉在不同的相互作用狀態(tài)下空泡的衍化和電子的加速狀態(tài)。而目前尚不具備可靠的探針方式。該研究組仔細(xì)分析了模擬過程、電子能譜和電子回旋輻射的空間分布的關(guān)聯(lián)，在對各種加速模式進(jìn)行完整再現(xiàn)和統(tǒng)一的同時(shí)，提出利用電子能譜加上輻射的形態(tài)來判斷加速模式的新方法。對典型的空泡瞬時(shí)注入狀態(tài)、波蕩注入狀態(tài)、垂直注入狀態(tài)和連續(xù)注入狀態(tài)進(jìn)行了全景式地成功再現(xiàn)，為研究電子的注入、加速模式，以及電子回旋輻射研究提供了最直接的診斷方法。

　　這兩項(xiàng)進(jìn)展近期發(fā)表于Appl. Phys. Lett. 105, 204101(2014)和Appl. Phys. Lett. 105, 161110(2014)。該研究得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、科技部“973”A類項(xiàng)目、科技部國家重大儀器專項(xiàng)、“863”高技術(shù)研究計(jì)劃以及中科院相關(guān)項(xiàng)目的支持。

圖1.利用電離注入穩(wěn)定地獲得單能電子束（左圖）以及具有4keV的準(zhǔn)直X射線輻射譜（右圖）

 　　圖2.隨著等離子體密度的漸變，呈現(xiàn)出四種不同的注入、加速方式（左圖，模擬）。實(shí)驗(yàn)中再現(xiàn)了與之一一對應(yīng)的電子能譜和與之緊密關(guān)聯(lián)的回旋輻射前向分布（右圖）。