Diseño de undulador para un láser de electrones libres basado en plasma láser

La cuarta generación de fuentes de radiación de sincrotrón, comúnmente conocida como el Láser de Electron Libre (FEL), proporciona una fuente intensa de brillantes rayos X que permite la investigación de la materia a escala atómica con una resolución temporal sin precedentes. Estas fuentes requieren el uso de aceleradores lineales convencionales que proporcionan un alto rendimiento del haz de electrones. El logro de la amplificación de pulso chirp permite que los láseres operen en el rango de Teravatio, abriendo el camino para la técnica de Aceleración de Plasma Láser (LPA) donde se pueden producir lotes de electrones de alta energía con alta corriente dentro de una distancia muy corta a escala de centímetros. Este concepto de aceleración avanzada es de gran interés para ser calificado por una aplicación de FEL para fuentes de luz de rayos X compactas. Exploramos en este artículo lo que las especificidades de LPA implican en el diseño del undulador, parte del medio de ganancia. Primero, se presenta el concepto de LPA y el estado del arte mostrando los diferentes regímenes de operación y qué parámetros del haz de electrones son susceptibles de lograrse. Las leyes de escalado de LPA se discuten posteriormente para comprender mejor qué parámetros de láser o plasma deben ajustarse para mejorar la calidad del haz de electrones. El FEL se discute en segundo lugar comenzando con la emisión espontánea, seguido de las diferentes configuraciones de FEL, el transporte del haz de electrones al undulador y finalmente las leyes de escalado y términos de corrección en el caso de alta ganancia. Luego, se analizan los diferentes tipos de unduladores compactos que se pueden implementar para una aplicación de FEL basada en LPA. Finalmente, se informan ejemplos de experimentos relevantes describiendo la línea de transporte del haz, presentando las características de emisión espontánea logradas hasta ahora y las perspectivas futuras.