射频Radio-frequency (RF)加速器，可提供高质量相对论电子束，是实现许多科学领域以及工业和医疗应用的重要资源。二十年前，激光等离子体加速器支持比现代射频腔高几个数量级的电场，首次产生了准单能电子束。

从那时起，仅从厘米长的等离子体中，就已经证明了千兆电子伏特gigaelectronvolt (GeV)束能量的高亮度电子束和竞争束特性，这与基于射频RF腔的加速器所需数百米相比，具有实质性的优势。然而，相对较大的能量扩散和光束能量的波动(jitter)，仍然阻碍了激光等离子体加速器在现实世界中的应用。

近日，德国电子同步加速器中心（Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY）P. Winkler，A. R. Maier等，在Nature上发文，利用有源能量压缩active energy compression，报道了激光等离子体电子束，产生了迄今为止仅与现代基于RF的加速器相关性能。

基于磁弯magnetic chicane，首先纵向拉伸电子束，用以印上能量关联，然后用有源射频RF腔，去除该能量关联。由此产生的能量扩散和能量抖动，降低了一个数量级以上，低于千分量级能量Permille水平，满足现代同步加速器的验收标准，从而为紧凑型储存环注入器和其他应用开辟了道路。

Active energy compression of a laser-plasma electron beam.

激光等离子体电子束的有源能量压缩

图1:有源能量压缩概念。

图2:激光等离子体电子束和射频场之间的相位扫描。

图3:有源能量压缩。

文献链接

Winkler, P., Trunk, M., Hübner, L.et al.Active energy compression of a laser-plasma electron beam.Nature(2025).

本文译自Nature。