《THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL D》雜誌最近刊登了德國馬普量光研究所等單位聯合發表的一篇題為(wei) 《第一次觀察到強激光作用在碳薄膜上產(chan) 生的準單能電子束》的文章。

　　強激光作用在物質上可以通過空泡機製加速電子到GeV的能量，這樣的在電子在激光等離子體(ti) 中運動會(hui) 發射數KeV不相幹的X射線。最近又提出了一種新的概念，通過超強激光與(yu) 超薄靶相互作用能夠產(chan) 生高密度的相對論帶狀電子束，此文在實驗上利用這種機製獲得準單能的電子束。在本實驗中，采用的是美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室（LANL）的Trident激光裝置，其傳(chuan) 輸的能量為(wei) 90J,脈寬為(wei) 500fs，中心波長為(wei) 1.053μm，聚焦光斑為(wei) 9.4μm，峰值光強為(wei) 2*1020W/cm2，對比度為(wei) 5*10-10，線性偏振，用這樣的激光正入射到類金剛石結構的碳薄膜（DLC）靶上。DLC是由金剛石和石墨晶體(ti) 共同組成的準非晶態，具有透明性、強機械張力
 

及高硬度的特點，這樣的靶適用與(yu) 該實驗。實驗中DLC有兩(liang) 個(ge) 靶厚，分別為(wei) 5nm和42nm。實驗裝置示意圖如圖一所示，其中電子由永久磁鐵電子能譜儀(yi) 診斷，與(yu) 激光傳(chuan) 播方向的夾角為(wei) 6.50，並用一個(ge) Thomson能譜儀(yi) 對離子進行探測，置於(yu) 激光的傳(chuan) 播方向。

圖一 強激光作用在碳薄膜上產(chan) 生的準單能電子束實驗裝置示意圖

　　通過實驗得知，5nm的DLC和42nmDLC的結果截然不同。當DLC的厚度為(wei) 42nm時，電子的能譜呈現類麥克斯韋分布，這和之前用微米靶的情況相同，此時熱電子的溫度為(wei) 12MeV。而當DLC的厚度為(wei) 5nm時，電子的能譜在30MeV處存在一個(ge) 明顯的峰值，能譜寬度的均方根為(wei) 9MeV，在這個(ge) 能量範圍內(nei) 電子電量達到7pC。且對於(yu) 能量為(wei) 20MeV以上的電子而言，電子總能量在5nm情況下要比42nm情況時大2.5倍以上。與(yu) 此同時，在兩(liang) 種情形下，離子的截止能量也有很大的區別。42nm情況時，C6+和質子的截止能量分別為(wei) 160MeV和37MeV；5nm時，C6+和質子的截止能量分別降至為(wei) 60MeV和19MeV，離子總能量相對於(yu) 42nm情形降低了至少20倍。電子和離子的能譜分布如圖二所示：

圖二 電子和C6+的能譜分布

　　文中認為(wei) ，42nm和5nm情況下電子和離子能譜分布的差異是由兩(liang) 者的靜電分離場造成的。當DLC厚度為(wei) 5nm時，激光場大於(yu) 激光靶作用區域的靜電分離場，所有的電子在激光有質動力作用下都會(hui) 逃離離子，從(cong) 而使縱向電場崩潰，這樣的電子在激光有質動力的推動下可以獲得比較均勻的速度，從(cong) 而有一個(ge) 單能的效果，而離子因為(wei) 縱向電場的崩潰而不能加速到更高的能量。當DLC厚度為(wei) 42nm時，激光的電場比靜電分離場小一個(ge) 數量級，此時被激光加速的電子不能逃離分離場，其能量也隨著激光的消失而呈現指數衰減的趨勢，而離子能在靜電分離場中更長時間地加速，從(cong) 而獲得更高的截止能量。