根据研究人员表示，以低耗能超短中红外激光脉冲为能源的相对论电子束已经首次展示在世人面前。很多应用都可以使用低能耗和更高频加速束，比如在医疗，科学研究和安全问题使用中的快速扫描成像。
马里兰大学物理和电子工程的Howard Milchberg教授说：”我们正在试着开发一个高频而简约的激光驱动加速器，这意味着将用会尽可能低的能耗的激光脉冲来产生相对论电子。”
与以前的实验相比，本项目中使用的长驱动波长低能飞秒激光脉冲可以轻松地达到所谓的“临界点密度”的状态。由于临界密度与激光波长的平方成反比变化，所以用于中红外激光脉冲的气体靶可以比可见光和近红外光谱中使用的气体目标密度低100倍，这使得它们的设计很简单。
Milchberg：说当几毫焦耳的飞秒中红外激光脉冲被一个曲面镜聚焦成氢气喷射流时，一个氢气流从喷口喷薄而出，相对论电子束的准直脉冲从射流的另一侧射出。然而，除非激光能达到远远超过使用曲面镜聚焦所能达到极其高的强度，否则这一切都没有实际意义，它通过电离氢气中的相对自我聚焦来实现，使其塌陷到远远小于其焦点的尺寸。
马里兰大学物理和电子工程的Howard Milchberg教授说：”我们正在试着开发一个高频而简约的激光驱动加速器，这意味着将用会尽可能低的能耗的激光脉冲来产生相对论电子。”
与以前的实验相比，本项目中使用的长驱动波长低能飞秒激光脉冲可以轻松地达到所谓的“临界点密度”的状态。由于临界密度与激光波长的平方成反比变化，所以用于中红外激光脉冲的气体靶可以比可见光和近红外光谱中使用的气体目标密度低100倍，这使得它们的设计很简单。
Milchberg：说当几毫焦耳的飞秒中红外激光脉冲被一个曲面镜聚焦成氢气喷射流时，一个氢气流从喷口喷薄而出，相对论电子束的准直脉冲从射流的另一侧射出。然而，除非激光能达到远远超过使用曲面镜聚焦所能达到极其高的强度，否则这一切都没有实际意义，它通过电离氢气中的相对自我聚焦来实现，使其塌陷到远远小于其焦点的尺寸。
根据Milchberg的说法，临界密度状态的价值在于它即使对于低能量激光脉冲也促进了相对自我聚焦。 这种增强的高强度相互作用会产生等离子体波，其将一些电子从电离氢加速成向前定向的相对论性射束。
实验表明，电子束存在用于功率，使得等离子体中的特征自聚焦长度短于气体射流宽度，表明不存在相对自我聚焦的电子加速度。
相对自我聚焦是非线性光学中自聚焦过程的一个极端例子，但是从非线性介质产生的加速相对论粒子的另外一个好处就是， 即使只有20 mJ的中红外激光能量，在这些实验中的激光显著超过相对自我聚焦的阈值，从而产生相对论的复丝。 该小组观察到与这些细丝相关的多个相对论电子束。
研究团队的发现展现了对高频激光驱动加速器的开发与应用的前期步骤。
“特别来说，长波长飞秒激光器是特别有希望的，因为它们可以非常容易地获得自由电子的相对论非线性方程，”Milchberg说。
翻译/NICK
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