中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)光物理重點實驗室高能量密度物理研究組陳黎明研究員及其研究團隊與上海交大張杰院士、盛政明教授團隊合作，2013年在實驗中利用僅3TW的激光與氣體團簇相互作用，驅動了“激光直接加速”機制，實現了電荷量和波蕩振幅的增加，獲得40倍增強的電子回旋輻射【Sci. Reports 3,1912(2013)】；同時該團隊連續申請美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）激光打靶發次獲得批準，利用美方的Callisto激光裝置，實驗結果克服了電子束和輻射源品質之間相互制約的瓶頸，在大幅提升輻射產額的基礎上實現了二者“同時獲得”的突破，為物質科學等領域提供了飛秒時間分辨的“X射線泵浦-電子探針”這一重要的實驗手段【PNAS 111(16), 5825(2014)】。在此基礎上該團隊近期又取得了新的進展：
1）由于團簇對激光器對比度的高要求，以及波蕩注入等自注入方式的隨機性，迫切需要一種更簡單、更穩定的電子加速和回旋輻射產生方法。為此，該團隊利用電離注入的方式獲得了實驗進展。他們利用激光聚焦和克爾效應的平衡所導致的最高光強的瞬時性，使離化注入這種前人普遍認為連續的注入方式也獲得了很低能散的單能電子束，同時離化注入天然具有的穩定性使電子加速過程的可控性得以保留。另外，離化注入的電子由于受激光尾部的強烈調制，極易共振而產生較高能量的輻射。這些結論在實驗結果中得到了印證。
2）目前相對論光強下電子的加速模式紛繁復雜。為了對電子的注入和加速過程進行準確的控制，需要知悉在不同的相互作用狀態下空泡的衍化和電子的加速狀態。而目前尚不具備可靠的探針方式。該研究組仔細分析了模擬過程、電子能譜和電子回旋輻射的空間分布的關聯，在對各種加速模式進行完整再現和統一的同時，提出利用電子能譜加上輻射的形態來判斷加速模式的新方法。對典型的空泡瞬時注入狀態、波蕩注入狀態、垂直注入狀態和連續注入狀態進行了全景式地成功再現，為研究電子的注入、加速模式，以及電子回旋輻射研究提供了最直接的診斷方法。
這兩項進展近期發表于Appl. Phys. Lett. 105, 204101(2014)和Appl. Phys. Lett. 105, 161110(2014)。該研究得到國家自然科學基金重點項目、科技部“973”A類項目、科技部國家重大儀器專項、“863”高技術研究計劃以及中科院相關項目的支持。
圖1.利用電離注入穩定地獲得單能電子束（左圖）以及具有4keV的準直X射線輻射譜（右圖）
圖2.隨著等離子體密度的漸變，呈現出四種不同的注入、加速方式（左圖，模擬）。實驗中再現了與之一一對應的電子能譜和與之緊密關聯的回旋輻射前向分布（右圖）。
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