李杭 陈萍 田进寿 薛彦华 王俊锋 缑永胜 张敏睿 何凯 徐向晏 赛小锋 李亚晖 刘百玉王向林 辛丽伟 高贵龙 汪韬 王兴 赵卫

1) (中国科学院西安光学精密机械研究所,超快诊断技术重点实验室,西安 710119)

2) (中国科学院大学,北京 100049)

3) (山西大学,极端光学协同创新中心,太原 030006)

与传统条纹相机加速和偏转电子束的方法相比,太赫兹强场的加速梯度和扫描偏转梯度有明显优势,具备实现飞秒级超高时间分辨的能力.本文基于这一新技术设计了一款基于太赫兹场操控电子束的超小型高时间分辨探测器.从理论上分析了加速区的时间弥散与电子脉冲发射时刻以及初始时间弥散的关系,并讨论了空间电荷效应对时间弥散的影响;设计并优化了加速区和偏转区的太赫兹脉冲耦合增强装置,太赫兹脉冲电场在该装置中的增强系数最高可达9.39.最终通过计算和分析本探测器的时间弥散,得到了时间分辨率优于50 fs的结果.

1 引言

条纹相机是同时具备超高时间分辨(飞秒-皮秒级)与高空间分辨(微米级)的高端科学测量与诊断仪器,核心原理是将超快时间信息转换为空间信息,通过反演得到超快信号的时间-强度特性.目前,超快光脉冲已经可以达到100 fs (1 fs=10–15s)甚至阿秒(1 as=10–18s)量级[1,2],然而对这种时间尺度的脉冲测量仍面临着挑战.对于X射线自由电子激光种子源及电子在原子中的二次散射实验等,全面了解光/电子脉冲的时间特性是进一步推进这些科学装置和……