[发明专利]基于激光驱动金属细丝的高能电子导引装置

说明书

一种基于激光驱动金属细丝的高能电子导引装置，包括飞秒激光光源、靶室、聚焦系统、金属细丝、成像系统、金属细丝控制器以及真空泵。其中，利用激光与金属细丝相互作用中的微观局域化，即关于电子在空间的匹配以及电磁场的增强，导电性材料为本发明的核心。本发明利用激光与金属细丝相互作用产生高能电子，产生的高能电子将沿着金属丝传播。另外，若金属细丝存在一个微小的曲率，电子依然能够沿着金属丝导引。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉等优点。

技术领域

本发明涉及高能电子导引装置，具体涉及一种基于激光驱动金属细丝的高能电子导引装置。

背景技术

通过相对论性的激光脉冲与固体靶相互作用可以产生高能电子，因该技术的许多潜在应用而被广泛研究，例如电子衍射、粒子加速以及快点火等等。高能电子发射过程涉及激光加速、在等离子体中的传播和在真空中的发射等许多复杂的问题，而且激光脉冲固体靶参数的选取至关重要。近年来，为了提高电子束的能量、方向性和单色性，国内外展开了一系列的研究，尤其是在超强激光的发展下，更是得到了高电流的带电粒子束，然而如何控制这种带电粒子束依然是一个挑战。

在实验中已经证实，可以利用超强激光与不同的固体靶相互作用产生准直电子束。R.Kodama等人在文献：“Plasma devices to guide and collimate a high densityof MeV electrons”，Nature,2004,432(7020):1005-8中将金属丝的一端连接在空心圆锥的顶端，再将超强激光从空心圆锥开口处打入空心圆锥顶端，产生的电子束将会在空心圆锥的内表面传播，最后导引到金属丝表面。Nakajima H等人发现，直接将飞秒激光打在金属丝上，同样可以导引电子，并且电子直接由金属丝产生，相关成果发表在文献：“Divergence-free transport of laser-produced fast electrons along a meter-long wire target.”Physical Review Letters,2013,110(15):155001.上，但在该文献中并没有提及要能够产生电子导引效果的微观局域化要求。

因此，本发明中确定了飞秒激光与金属细丝相互作用时的微观局域化要求，即关于电子在空间的匹配以及电磁场的增强，使之应用于工程及科研等领域。

发明内容

本发明的目的是通过确定金属细丝的微观参数，并将飞秒激光作用在其表面，从而提供一种高能电子导引装置。该金属丝存在微小曲率，依然能够产生较好的电子导引效果。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉等优点。

本发明采取的技术方案如下：

一种基于激光驱动金属细丝的高能电子导引装置，其特点在于，包括：飞秒激光光源、靶室、金属细丝控制器、电子束成像系统、真空泵；

所述的靶室是一个具有主脉冲入射窗口的筒状腔室，在所述的靶室中设有金属细丝和聚焦系统，该聚焦系统由反射镜和离轴抛物面镜构成，所述的金属细丝被放置在金属细丝控制底座上，该金属细丝控制底座与所述的金属细丝控制器连接；所述的电子束成像系统由电子束成像板和供该电子束成像板放置的电子束成像板架构成，所述的电子束成像板所在平面正对着金属细丝的一端，且所述的电子束成像板与所述的金属细丝垂直，所述的真空泵与所述靶室连接，使靶室保持真空；

所述飞秒激光光源出射的激光通过主脉冲入射窗口垂直入射到所述靶室中，并依次经所述的反射镜和离轴抛物面镜聚焦到金属细丝的表面；从所述金属细丝表面产生的电子束，经所述的金属细丝导引入射到所述的电子束成像板上。

所述的飞秒激光光源为短脉冲飞秒激光光源，激光束的脉宽为1至100飞秒，激光峰值功率为10-200太瓦。

所述的飞秒激光光源输出的激光经所述的聚焦系统聚焦后，在所述的金属细丝上的焦斑尺寸为3-25微米。

所述金属细丝为铝丝、钨丝或金丝等导电性材料，金属细丝的直径小于50微米。