《THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL D》雜志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《第一次觀察到強激光作用在碳薄膜上產生的準單能電子束》的文章。 強激光作用在物質上可以通過空泡機制加速電子到GeV的能量，這樣的在電子在激光等離子體中運動會發射數KeV不相干的X射線。最近又提出了一種新的概念，通過超強激光與超薄靶相互作用能夠產生高密度的相對論帶狀電子束，此文在實驗上利用這種機制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，其傳輸的能量為90J,脈寬為500fs，中心波長為1.053μm，聚焦光斑為9.4μm，峰值光強為2*1020W/cm2，對比度為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，這樣的靶適用與該實驗。實驗中DLC有兩個靶厚，分別為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診斷，與激光傳播方向的夾角為6.50，并用一個Thomson能譜儀對離子進行探測，置于激光的傳播方向。 圖一 強激光作用在碳薄膜上產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12MeV。而當DLC的厚度為5nm時，電子的能譜在30MeV處存在一個明顯的峰值，能譜寬度的均方根為9MeV，在這個能量范圍內電子電量達到7pC。且對于能量為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。與此同時，在兩種情形下，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160MeV和37MeV；5nm時，C6+和質子的截止能量分別降至為60MeV和19MeV，離子總能量相對于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，42nm和5nm情況下電子和離子能譜分布的差異是由兩者的靜電分離場造成的。當DLC厚度為5nm時，激光場大于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逃離離子，從而使縱向電場崩潰，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，從而有一個單能的效果，而離子因為縱向電場的崩潰而不能加速到更高的能量。當DLC厚度為42nm時，激光的電場比靜電分離場小一個數量級，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，從而獲得更高的截止能量。 摘譯自：http://www.springerlink.com/content/t46652r75n147046/