在超短超強激光與(yu) 物質相互作用中，會(hui) 產(chan) 生短脈寬、高能量的電子，通常被稱為(wei) “超熱電子”。超熱電子的產(chan) 生和輸運是激光高能量密度物理的重要基本問題之一。超熱電子可以激發很寬波段的超快電磁輻射，也可以驅動離子加速，快速加熱物質，作為(wei) 慣性約束核聚變“快點火”過程中的能量載體(ti) 。各種次級輻射和粒子源的性質、等離子體(ti) 加熱和能量沉積過程與(yu) 超熱電子的時間、空間和能量特征及演化動力學息息相關(guan) 。經過多年研究，人們(men) 對超熱電子的能量和空間特征已經比較清楚，但由於(yu) 缺乏合適的高時間分辨測量手段，對超熱電子束時間結構和動力學過程的診斷仍然麵臨(lin) 挑戰。

　　中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心光物理重點實驗室特聘研究員廖國前、研究員李玉同和中國科學院院士張傑等，對超強激光與(yu) 固體(ti) 靶相互作用產(chan) 生高功率太赫茲(zi) 輻射的新途徑進行了多年探索，提出了基於(yu) 超熱電子束相幹渡越輻射的太赫茲(zi) 產(chan) 生模型，發展了基於(yu) 非共線自相關(guan) 的單發超寬帶太赫茲(zi) 探測技術。在上述成果基礎上，近日，研究人員提出了太赫茲(zi) 輻射診斷超熱電子束的新方法，利用自主研發的高時間分辨單發太赫茲(zi) 自相關(guan) 儀(yi) ，實現了超強激光與(yu) 薄膜靶相互作用過程中超熱電子束時域結構及動力學的原位、實時測量。該研究在理論上構建了太赫茲(zi) 輻射性質與(yu) 超熱電子束時空特征的映射關(guan) 係，給出了太赫茲(zi) 脈寬與(yu) 電子束脈寬、束斑尺寸、發射角等參數的定量聯係。該研究準確表征了激光-固體(ti) 靶作用中幾十飛秒量級的超熱電子束脈寬，發現超強激光加速的電子束在產(chan) 生時具有與(yu) 驅動激光類似的脈寬，在傳(chuan) 輸過程中由於(yu) 速度色散和角發散導致縱向時間寬度和橫向空間尺寸逐漸展寬；直接觀測到了由於(yu) 激光脈衝(chong) 二次加速和靶麵鞘層場導致的超熱電子回流動力學，發現當高對比激光與(yu) 薄膜靶相互作用後，電子束在靶前後表麵鞘層場之間來回反彈，持續時間可達百飛秒量級。這些結果演示了單發、無損、原位、高時間分辨率的超熱電子表征手段，有助於(yu) 理解和優(you) 化基於(yu) 超熱電子的超快輻射和粒子源時空特性並發展相關(guan) 應用。

　　相關(guan) 成果以Femtosecond dynamics of fast electron pulses in relativistic laser-foil interactions為(wei) 題，發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會(hui) 、科學技術部和中國科學院的支持。

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利用太赫茲(zi) 相幹渡越輻射診斷超熱電子束脈寬

根據多周期太赫茲(zi) 脈衝(chong) 診斷超熱電子回流動力學