中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室的徐至展院士、李儒新研究員帶領研究團隊，提出了級聯尾波場加速新方案，突破了激光尾波場加速中能散度難以壓縮等重大技術瓶頸，獲得了高亮度高品質（200~600 MeV、能散0.4~1.2%、流強1~8 kA、發(fā)散角~0.2 rms mrad）的高能電子束，電子束六維相空間亮度達到10^15-16A/m2/0.1%，遠高于目前國際上報道的同類研究結果，在國際上首次接近了最先進的直線加速器上所能獲得的電子束亮度。相關成果日前在線發(fā)表于《物理評論快報》。

發(fā)展小型化、低成本激光粒子加速器是科學家們一直夢寐以求的目標。超強超短激光驅動的尾波場電子加速器具有比傳統的射頻加速器高出三個量級以上的超高加速梯度，為實現小型化的高能粒子加速器等提供了全新技術途徑，對未來的同步輻射裝置、自由電子激光以及高能物理研究等也將帶來深遠的影響。
 

本研究創(chuàng)新性地設計了級聯尾波場加速新方案，通過在兩段級聯的等離子體之間引入一段高密度等離子體，控制電子束的穩(wěn)相加速及能量啁啾反轉和能散度壓縮，克服了單級尾波場加速方案中能散度無法獨立控制的技術瓶頸，實驗獲得了高品質的高能電子束。三維粒子模擬也揭示，該級聯加速新方案能夠有效地抑制電子的二次注入，實現電子束的穩(wěn)相加速。

評審專家認為：“該亮度是迄今激光尾波場加速器實現的最高紀錄”“該方案在產生數百MeV具有千分之一級相對能散并高電荷量的高品質、高亮度電子束方面取得了重大進展”“提出的新方法實現了創(chuàng)紀錄的電子束流品質”。

據悉，利用該電子束與超強超短激光對撞產生了超高亮度準單色MeV量級伽馬射線源，其最高峰值亮度達3×10^22 photons s-1 mm-2 mrad-2 0.1%BW，與國際上報道的同類伽馬射線源亮度相比高出一個量級以上，比傳統伽馬射線源同能區(qū)的峰值亮度提高了10萬倍。