光学前沿动态
OPTICS FRONTIERS
15
2026
-
07
激光尾场加速器-等离子体波导 | Nature Physics
作者：
激光等离子体加速器，维持比传统射频腔强数个量级电场，为构建超紧凑型高能粒子加速器开辟了道路。据预测，利用米级加速器即可获得超过100 GeV的电子能量，这将与欧洲核子研究中心（CERN）大型正负电子对撞机（LEP）所产生的最高能量电子相当。然而，电子能量的增益目前仍受限于失相效应：即电子最终会超过由亚光速激光脉冲驱动的加速场。飞焦点激光脉冲，可以通过沿加速器轴线持续聚焦入射光，从而以真空光速驱动等离子体波，进而消除失相问题。
近日，罗切斯特大学C. D. Arrowsmith团队在Nature Physics上发文，提出了一种在等离子体波导中实现“无失相”加速的全新方案。物理内核在于：通过叠加等离子体波导的多组径向模式，并为每个模式精确分配特定频率，构造出一个时空复合脉冲。该脉冲的干涉强度峰值能以真空光速 传播，同时保持恒定的光斑尺寸和超短脉宽，彻底规避了传统飞行焦点的妥协性。
飞焦点技术，将电子加速到远超传统失相极限的水平，超越幅度达两倍。这为激光驱动尾波场的时空调控以及利用近未来多拍瓦激光器产生太电子伏特（TeV）级电子束提供了概念验证。
Dephasingless laser wakefield acceleration of electrons using a flying focus. 基于飞焦点的无失相激光尾波场电子加速
图1：实验装置。
图2：电子能谱。
图3：最大电子能量及失相长度的增强。
图4：实验的粒子模拟（PIC模拟）。
来源：今日新材料
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