[发明专利]激光等离子体加速电子束源的多功能聚焦装置和使用方法

说明书

一种基于新型台式化激光等离子体加速器产生的脉宽为飞秒量级的、超高流强、峰值能量抖动范围较大的脉冲电子束的多功能聚焦装置，包括具有可调控梯度的四块组合电磁铁、延时控制器和脉冲响应的荧光板电子束成像系统，本发明不但可以实现对激光等离子体的电子束源的有效聚焦，同时具有能量监测、指向监测以及多束团能量筛选等功能。本发明具有操作简单、方便高效、反馈灵敏的优点，可用于有效诊断和控制激光等离子体尾波场加速电子机制中的电子束团，对电子束应用于新一代超强相干自由电子激光光源起到了极大的推动作用。

技术领域

本发明涉及电子加速器，特别是一种激光等离子体加速电子束源的多功能聚焦装置及其使用方法。

背景技术

基于激光等离子体相互作用产生的等离子体尾波场来加速产生高能电子束的新型台式化加速器由于其小型化、加速距离短、加速梯度高的优点[参见文献1:O.Lundh,J.Lim,C.Rechatin,L.Ammoura,A.Ben-Ismail,X.Davoine,G.Gallot,J.P.Goddet,E.Lefebvre,V.Malka,and J.Faure,Nat.Phys.7,219(2011)]，近几十年来得到快速发展，它的应用也很多。但此新型电子束在真空管道中传输时，如果不对电子束进行有效的控制，电子束失去了加速器环境中的激光对等离子尾场的横向聚焦力的作用，由于初始发散角和空间电荷效应的影响，会在传输过程中很快发散[参见文献3:R.Weingartner,M.Fuchs,A.Popp,S.Raith,S.Becker,S.Chou,M.Heigoldt,K.Khrennikov,J.Wenz,T.Seggebrock,B.Zeitler,Z.Major,J.Osterhoff,F.Krausz,S.Karsch,and F.Gruner,Phys.Rev.STAccel.Beams 14(2011)]，并且电子束的能散和发射度等束流品质也会变差。因此，为保证电子束的品质并使其顺利进入波荡器进行自由电子激光放大，在实验中对该新型电子束的聚焦等束流操控也亟待发展。

基于传统的大型直线或回旋加速器电子束源的电磁铁聚焦装置[参见专利申请号：CN105609396A]，针对的都是单能量、时域连续、重复性高的电子束团，这样的电子团由于具有连续响应的特点，可以利用电磁铁装置在电子束产生的过程中，实时进行调制和校准。

然而对于新型台式化激光等离子体加速器产生的脉宽为飞秒量级的、超高流强、峰值能量抖动范围较大的脉冲电子束，由于电子束均为单发超短脉冲，响应时间短，不可连续调束，且每发电子束的峰值能量有波动，每发电子束之间抖动性大，这给电子束的聚焦和有效操控均带来了极大的困难，原有的电磁铁聚焦装置的反馈调节方法对其也并无效果。因此需要一种可用于有效诊断和控制激光等离子体尾波场加速电子机制中的电子束团的聚焦装置。

发明内容

本发明针对传统电磁铁聚焦装置在应用于新型激光等离子体电子束源的限制而制造。本发明的目的是提供一种激光等离子体加速电子束源的多功能聚焦装置及其使用方法，针对脉冲式且每一枪的能量可在一定范围浮动的电子束的聚焦技术，能够保证对每发能量不同的电子束均能实现快速有效的聚焦，操作简单，响应快速，从而保证聚焦好的电子束能够有效传输到下一级装置中，同时，该装置还具有能量监测、指向监测和多束团电子束的能量筛选的功能。

本发明的技术解决方案如下：

一种电子束源的多功能聚焦装置，包括：具有可调控梯度的电磁铁聚焦模块、磁场范围可调的偏转磁铁、延时控制器和脉冲响应的荧光板电子束成像系统；