近日，我校數理學院劉建勝課題組報道了飛秒強激光驅動尾波場加速產生超低能散度、高亮度新型粒子束源的最新研究進展。研究人員提出了一種利用飛秒激光驅動準線性尾波場粒子加速產生萬分級超低能散度高亮度高能粒子束源的新方案，通過設計階梯型密度調制的等離子體對粒子束進行周期性的能量啁啾調控和準穩相加速，成功突破千分級能散度的重要壁壘，實現了萬分級超低能散度的新型高能粒子加速。該研究成果近期以“Sub-per-mille bunch energy spread in a quasi-linear laser-wakefield accelerator via periodical de-chirpings”為題，于2025年4月6日在線發表于Nature旗下期刊Communications Physics (中科院和JCR分區均為1區)。上海師范大學為唯一署名單位，數理學院余昌海副研究員和秦志勇副研究員為論文共同第一作者，余昌海副研究員和劉建勝研究員為論文通訊作者。

飛秒強激光驅動的尾波場粒子加速為人們提供了一種全新的小型化電子加速新途徑，因其具有超高加速梯度、脈沖時間短以及與激光天然的高精度同步性能而備受青睞，為發展新一代粒子加速技術、新型超快輻射源及其前沿應用研究提供了新機遇和新方案。飛秒強激光驅動的新型輻射及粒子束源，能量覆蓋范圍寬，時間寬度極短，在高能物理、材料科學、凝聚態物理、生命科學、醫學及超快化學分子動力學等前沿交叉科學中具有廣闊的應用前景。經過近20年的快速發展，激光尾波場粒子加速在粒子束源的高能量增益和性能參數上均取得了長足的進步，正面臨從激光加速到加速器的跨越。一方面，激光尾波場加速的電子束能量不斷提高，正在向10 GeV邁進；另一方面，激光尾波場加速的電子束性能，如電子束的能散度、發射度、穩定性等，也在不斷改善。但仍有很多關鍵的科學問題和技術難點需要進一步深入地探索和解決，特別是等離子體加速器如何突破千分之一能散度這方面仍極具挑戰。

飛秒強激光驅動準線性尾波場加速產生超低能散度高亮度高能粒子束源示意圖

為進一步突破千分級能散度的重要壁壘，劉建勝教授研究團隊基于前期在激光尾波場高品質電子加速及其應用方面已取得的一系列重要原創成果的基礎上（Phys.Rev. Lett., 117,124801 (2016)；Phys. Rev. Lett., 126, 214801 (2021)；Nature, 595, 516 (2021)；Matter Radia. Extremes, 9, 035201 (2024)等），進一步提出了一種飛秒激光驅動準線性尾波場粒子加速，并周期性的能量啁啾調控和準穩相加速的新方案，為產生萬分級能散度高亮度高能粒子加速提供了一種全新途徑，將進一步促進激光尾波場粒子加速在前沿交叉科學中的應用。

準線性激光尾波場中周期性的能量啁啾調控、準穩相加速及電子束能譜示意圖

該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市教委科創重大項目的資助。

（供稿、圖片：數理學院）

論文鏈接網址：https://www.nature.com/articles/s42005-025-02057-6