在国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目（项目编号：11127901）的支持下，中国科学院上海光学精密机械研究所（以下简称中科院上海光机所）在超强超短激光驱动尾波场加速产生高亮度高品质电子束研究中取得突破性进展。相关研究成果论文“High-Brightness High-Energy Electron Beams from a Laser Wakefield Accelerator via Energy Chirp Control（通过能量啁啾控制的激光尾波场器加速获得高亮度高能电子束）”被优选（Editors’ Suggestion）为亮点论文（Highlighted Articles），于9月16日在Physics Review Letters发表。论文链接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.117.124801。
发展小型化、低成本激光粒子加速器是科学家们一直梦寐以求的目标。超强超短激光驱动的尾波场电子加速器具有比传统射频加速器高出三个量级以上的超高加速梯度，为实现小型化的高能粒子加速器等提供了全新技术途径，对未来的同步辐射装置、自由电子激光以及高能物理研究等也将带来深远的影响。近十年来，激光尾波场电子加速研究已经取得许多重要进展，但是在产生高品质电子束方面还面临诸多难题和挑战，例如能散度压缩与稳定性提高等，使其在应用方面的研究受到限制。
近年来，中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室研究团队在激光尾波场电子加速方向开展了独具特色的研究，在国际上首次成功实现级联双尾波场准单能高能电子加速方案，实验获得了GeV级准单能电子束等重要研究成果（Phys. Rev. Lett. 107，035001（2011）；Appl. Phys. Lett. 103，243501（2013））。近期，该研究团队提出了级联尾波场加速新方案，通过在两段级联的等离子体之间引入一段高密度等离子体，控制电子束的稳相加速及能量啁啾反转和能散度压缩，克服了单级尾波场加速方案中能散度无法独立控制的技术瓶颈，突破了激光尾波场加速中能散度难以压缩等重大技术瓶颈。实验获得了高亮度高品质（200-600 MeV、能散0.4-1.2%、流强1-8 kA、发散角∼0.2 rms mrad）的高能电子束，电子束六维相空间亮度达到1015-16A/m2/0.1%，远高于目前国际上报道的同类研究结果，其亮度首次接近了最先进的直线加速器上所能获得的电子束亮度。研究人员利用该电子束与超强超短激光对撞产生了超高亮度准单色MeV量级伽马射线源，其最高峰值亮度达3×1022 photons s-1 mm-2 mrad-2 0.1%BW，比国际上报道的同类伽马射线源亮度高出一个量级以上，比传统伽马射线源同能区的峰值亮度提高了10万倍。
该级联尾波场加速新方案成功产生了高亮度高品质高能电子束，这将会显著促进基于激光尾波场电子加速器的小型化自由电子激光等重要领域的研究进程。
图 (a) 实验测量的（530-580 MeV）高品质电子束能量和发散角分布；(b) 对应于(a)的高品质电子束能谱图；(c) 电子束的六维相空间亮度B6D,n , 可比拟于世界上最先进的直线加速器。