工作较少。
1.3 激光尾波场加速
激光尾波场加速的原理是当一束强激光脉冲在稀薄的等离子体中传播时，激光脉冲的纵向有质动力将电子从激光脉冲区域排开，从而通过共振激发出了一个很强的等离子体波，即尾波场。尾波场可以在很短的距离上将电子加速到非常高的能量。2010年中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究人员首次利用电离注入的全光驱动双尾波场级联电子加速器方案，成功实现了电子注入与电子加速的分离与控制，实验获得了能量近GeV的准单能电子束和187 GV/m的超高加速梯度等突破性研究成果[7]，实验装置图如图2所示。这种双尾波场级联加速机制的成功实现为未来产生高性能的单能电子束提供了可行途径，对超强超短激光驱动的台式化粒子加速器的发展与应用带来巨大影响。
为了使得到的粒子束具有很好的方向性以及单能性，科学家们在近几年提出了全光注入法。其中，比较突出的有密歇根大学Umstadter等提出的激光注入法[8]、Easrey等提出的碰撞光脉冲注入法[9]以及Moore等提出的激光电离加有质动力加速的全光学注入机制[10]。
在2009年，Rechatin等提出了一种冷光注射的加速机制[11]。与原有的那些光注入机制不同的是，这种机制中的光注入并不是通过电子的加热所引起的，而是通过脉冲间的相互碰撞产生了一个空间周期性的和长期有效的作用力。这个作用力阻止了电子的纵向运动，并引导电子注入到传播的激光脉冲尾波中。这种加速机制可以在很小的能散范围内注入电子，从而获得密度很低的等离子体以及能散很低的高能量电子束。
2013年，美国Austin实验室通过自注入机制，在大于100 J的PW级的激光器系统上，得到了能量超过2 GeV的准单能电子束，其中高能部分能散为5%[12]。2014年，LBNL实验室的Leemans等通过采用9 cm长的毛细管引导激光与等离子体作用，产生了4.25 GeV的高能电子束[13]，取得了激光加速历程上的又一突破。2015年，Rassou等指出，强大的纵向磁场对激光尾波场的加速也有一定的影响[14]。
1.4 空泡加速
随着啁啾脉冲放大的进一步发展，出现了可达到飞秒量级的超短超强激光脉冲，因此人们又重新开始考虑用强激光脉冲的尾波场直接驱动等离子体波加速电子。2002年，Pukhov等 [15]发现，一些传播在空泡边缘的电子可以被困在其后方靠近轴的位置，进而在激光的尾部产生了一个只有离子存在的空泡区域，同时，一部分电子可以通过注射的方式进入腔内进行高能加速，即空泡加速机制。要利用尾波加速产生单能电子束，需要满足两个条件：一个是电子的捕获（注入）；另一个是要有稳定的加速场。所谓的空泡加速之所以可以产生准单能电子束，关键在于这两个条件都能满足。Pollock等在空泡制度下的激光尾波场加速实验中，通过仿真模拟得出，当电子被困于第二个时间段时，这些电子与通过激光的自聚焦以及电子的相互移动而形成的两个动态区域相互作用，得到了超相对能量的电子环结构，这些电子环的能量达到170～280 MeV（能散5%～25%）[16]。2013年，Nakajima等提出了几种利用空泡加速机制的加速方案，有望在Petawatt Aquitane Laser装置的3.5 kJ，500fs拍瓦激光器上将电子能量提高到100 GeV[17]。
2 其他加速机制
Sadykova等提出了一个新的加速机制——基于受激前向散射的等离子加速[18]。他们认为，由于高强度激光脉冲的长度很短，导致注入的电子束与等离子体波之间的交互作用时间很短，因此受激后向散射脉冲并不适用于粒子加速，所以建议采用刺激前向散射的方式，以获得更久的粒子加速时间以及更长的加速距离。
近几年，很多研究人员考虑用线性啁啾脉冲去加速粒子[19]。通过啁啾脉冲，改变了激光脉冲原有的对称性，在激光脉冲中会出现一个相位缓冲区。在该相位缓冲区中，由于激光具有强度较大、束宽较宽和浮动性较小的性质，滞后的电子在该区域中可以较长时间处于同一强度从而获得二次加速，进而获得能量较高、单准性较好的电子束。在2013年，Salamin等就对不同啁啾参数下的电子加速进行了研究[20]。他们对比线性啁啾脉冲和平方性啁啾脉冲对加速电子能量的影响，得出线性啁啾加速电子的能量是平方性啁啾脉冲加速电子能量的两倍。因为线性啁啾脉冲加入后，激光脉冲呈现梯形状，从而使电子能在准静态的部分持续更长的时间，达到加速的目的。
3 结 论
激光等离子体加速在近三十年来取得了巨大进步。随着激光技术的发展，激光脉冲已经能够达到百太瓦和飞秒的级别，在不同条件下不同的激光等离子体电子加速机制被发现并引导了实验上的成功。然而，虽然实验上已经获得了一些非常好的准高能电子束，但是电子束的稳定性还不是很理想，仍将限制其实际应用。因此，如何通过研究激光与等离子体相互作用机制，从而产生稳定的，准高能电子束仍是今后研究的主要方向之一。
参考文献：
[1] TAJIMA T，DAWSON J M.Laser electron-accelerator[J].Physical Review Letters，1979，43（4）：267-270.
[2] HOOKER S M.Developments in laser-driven plasma accelerators[J].Nature Photonics，2013，7（10）：775-782.
[3] CLAYTON C E，JOSHI C，DARROW C，et al.Relativistic plasma-wave excitation by collinear optical mixing[J].Physical Review Letters，1985，54（21）：2343-2346.
[4] CLAYTON C E，MARSH K A，DYSON A，et al.Ultrahigh-gradient acceleration of injected electrons by laser-excited relativistic electron plasma waves[J].Physical Review Letters，1993，70（1）：37-40.
[5] ANDREEV N E，GORBUNOV L M，KIRSANOV V I，et al.Resonant excitation of wakefields by a laser-pulse in a plasma[J].JETP Letters，1992，55：571-576.
[6] KRALL J，TING A，ESAREY E，et al.Enhanced acceleration in a self-modulated-laser wakefield accelerator[J].Physical Review E，1993 ，48（3）：2157-2161.
[7] LIU J S，XIA C Q，WANG W T，et al.All-optical cascaded laser wakefield accelerator using ionization-induced injection[J].Physical Review Letters，2011，107（3）：373-377.
[8] UMSTADTER D，KIM J，DODD E.Laser injection of ultra-short electron pulses into wakefield plasma waves[J].Physical Review Letters，1996，76（12）：2073-2076.
[9] ESAREY E，HUBBARD R F，LEEMANS W P，et al.Electron injection into plasma wakefields by colliding laser pulses[J].Physical Review Letters，1997，79（14）：2682-2685.
[10] MOORE C I，TING A，MCNAUGHT S J，et al.A laser-accelerator injector based on laser ionization and ponderomotive acceleration of electrons[J].Physical Review Letters，1999，82（8）：1688-1691.
[11] RECHATIN C，FAURE J，LIFSCHITZ A，et al.Quasimonoenergetic electron beams produced by colliding cross-polarized laser pulses in underdense plasmas[J].New Journal of Physics，2009：013011.
[12] WANG X M，ZGADZAJ R，FAZEL N，et al.Quasi-monoenergetic laser-plasma acceleration of electrons to 2 GeV[J].Nature Communications，2013，4：1988.
[13] LEEMANS W P，GONSALVES A J，MAO S，et al.Multi-GeV electron beams from capillary discharge guided subpetawatt laser pulses in the self-trapping regime[J].Physical Review Letters，2014，113（24）：245002.
[14] RASSOU S，BOURDIER A，DROUIN M.Influence of a strong longitudinal magnetic field on laser wakefield acceleration[J].Physics of Plasmas，2015，22（7）：073104.
[15] PUKHOV A，MEYER-TER-VEHN J，Laser wakefield acceleration：the highly non-linear broken-wave regime[J].Applied Physics，2002，74（4/5）：355-361.
[16] POLLOCK B B，TSUNG F S，ALBERT F，et al.Formation of ultrarelativistic electron rings from a laser-wakefield accelerator[J].Physical Review Letters，2015，115（5）：055004.
[17] NAKAJIMA K，LU H Y，ZHAO X Y，et al.100GeV large scale laser plasma electron acceleration by a multi-PW laser[J].Chinese Optics Letters，2013，11（1）：013501.
[18] SADYKOVA S P，RUKHADZE A A，SAMKHARADZE T G，et al.A new scheme for high-intensity laser-driven electron acceleration in a plasma[J].Contributions to Plasma Physics，2014，55（8）：619-624.
[19] GALOW B J，SALAMIN Y I，LISEYKINA T V，et al.Dense monoenergetic proton beams from chirped laser-plasma interaction[J].Physical Review Letters，2011，107（18）：185002.
[20] SALAMIN Y I，JISRAWI N M.Electron laser acceleration in vacuum by a quadratically chirped laser pulse[J].Journal of Physics B，2014，47（2）：025601.
（编辑：刘铁英）