基于光阴极微波电子枪的ps间隔超短电子束团序列的产生研究

紫外超短脉冲激光与光阴极微波电子枪作用可产生高亮度超短脉冲电子束团，由于电子发射时间可忽略，电子束团的初始时间分布与超短激光的时间分布相同，因此有可能通过激光整形来直接获得任意时间分布的电子束团。皮秒间隔的超短脉冲电子束团序列可通过自由电子激光或相干同步辐射、渡越辐射等机制产生高功率的相干THz辐射，其在超快电子衍射、多脉冲汤姆逊散射超短硬X射线源研究等方面也有重要应用。本项目拟对光阴极微波电子枪驱动激光的脉冲序列整形方法进行研究，探索形成ps时间间隔的紫外飞秒激光脉冲序列的激光整形方案，并对利用这种激光脉冲序列驱动S-band光阴极微波电子枪产生超短脉冲电子束团序列进行实验研究，探索其在传输和加速过程中所受到空间电荷效应的影响，为将来可能进行的基于紧凑加速器结构的高强度相干THz辐射等方面的研究提供重要的技术储备。该方法同时可用于利用光阴极微波电子枪获得低发射度电子束的紫外驱动激光整形。

具有精细时间结构的高亮度超短电子束是国际上许多前沿研究的核心研究内容，皮秒时间间隔的相对论超短脉冲电子束团序列可通过自由电子激光、相干同步辐射、相干渡越辐射等机制产生高功率的相干THz辐射，其在高流强电子束尾场加速、多束团超快电子衍射、多脉冲汤姆逊散射超短硬X射线源研究等方面也存在重要应用前景。本项目基于光阴极微波电子枪，通过超短紫外激光脉冲整形，产生ps时间间隔的超短激光脉冲序列，驱动光阴极微波电子枪，产生ps时间间隔超短脉冲电子束团序列。这种方法不需要复杂的加速器预调制装置，仅通过对超短激光的时间结构进行控制，并结合S波段光阴极微波电子枪，就能产生具有精细时间结构的电子束团分布，因而结构简单，调整方便，效率较高，极具研究价值。在本项目的资助下，研究小组深入研究了皮秒间隔的超短脉冲电子束团序列的产生方法，提出了基于α-BBO双折射晶体的光阴极驱动激光时间整形的方法并进行了实验验证，开展了基于光阴极微波电子枪的高亮度电子束实验研究并获得了ps时间间隔的电子束团序列，针对这种电子束团序列在产生高功率相干THz辐射方面的应用，开展了深入的模拟研究和初步实验研究，为进一步开展THz源研究奠定了重要基础，圆满达到了项目申请书的预期目标。项目到目前共发表学术论文十二篇，研究成果为今后基于紧凑加速器结构的高强度相干THz源等方面的研究提供重要的技术储备。另外，项目所取得的成果，可应用于解决基于光阴极微波电子枪电子束发射度优化所要求的光阴极驱动激光时间整形问题，因此被国内几项正在酝酿建设的科学工程（SXFEL/大连理化所深紫外源/西核所高亮源）所采用。