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介质激光加速器
发布日期 2025
本文提出了一种新颖的介电激光加速器(DLA)结构,该结构利用三角梯度介电介质来增强逆切伦科夫效应(Inverse Cherenkov Effect, ICE),从而实现高梯度加速。逆切伦科夫效应是带电粒子从外部激光场中持续获取能量的过程,这在传统切伦科夫效应中是相反的,即粒子发射辐射。通过在介质中精确控制激光束的传播,可以产生一个与粒子速度同步的纵向电场分量,实现连续的净能量增益。为了验证这一概念并分析其性能,我们使用 COMSOL Multiphysics 进行了系统的仿真研究。仿真模型由一个位于自由空间域中的介电结构组成。我们应用散射边界条件(SBC)来模拟开放环境并防止虚假反射,这使得我们能够精确分析加速通道内的电场分布。激励源是两个来自两端的反向传播的相干平面波,波长为 10.6 μm,旨在通过建设性干涉在中心真空通道内建立所需的驻波纵向电场。仿真结果表明,所提出的结构成功地在通道内产生了清晰、周期性的纵向加速电场。该电场沿通道中心轴的最大峰值达到约 10 GV/m。这一超高加速梯度远超传统射频(RF)加速器,证明了该设计在实现紧凑型高能加速器方面的巨大潜力。此外,我们还分析了横向电场分量。结果显示,这两个分量的峰值均显著小于纵向加速电场。弱横向场对于抑制电子束横向扩散和保持其紧凑性至关重要。总而言之,本文提出的介电激光加速器结构能够产生超高加速梯度,并有效抑制电子束横向扩散。这些发现不仅验证了我们的理论模型,也为未来的实验设计和片上加速器系统的发展提供了关键的理论基础和新途径。
