A laser plasma accelerator could provide high-intensity x-ray radiation as the basis for the next generation compact radiation source. However, there is still a lack of tunability for the radiation polarization, especially the circular polarization. Here, we propose a new method for achieving intense circularly polarized x-rays via circularly polarized 20 TW laser pulses driving plasma wakefield acceleration in the regime of ionization injection. When the laser pulse duration is long enough, the ionization injected electrons would not only possess angular momentum, but also be resonant with the laser pulses, resulting in helix structure trajectories in the process of acceleration. In our simulation, we acquired synchrotron radiation with the circularly polarized degree Pc ∼ 0.8, the pulse duration ∼16 fs, the energy spectrum peak ∼1 keV and the brilliance ∼1.8 × 1020 photons s−1 mm−2 mrad−2/0.1%BW. Such an ultra-fast and ultra-brilliant circularly polarized x-ray source has excellent application prospects in the analysis of complex bio-macro-molecule structures and for probing warm dense matter.
レーザープラズマ加速器は、次世代のコンパクト放射光源の基盤として高強度X線を提供できる可能性がある。しかしながら、放射の偏光、特に円偏光の調整可能性は依然として不足している。本論文では、電離入射の領域における円偏光20 TWレーザーパルスによるプラズマ航跡場加速を駆動し、高強度円偏光X線を実現する新しい手法を提案する。レーザーパルス持続時間が十分に長い場合、電離入射された電子は角運動量を有するだけでなく、レーザーパルスと共鳴し、加速過程において螺旋構造の軌道を形成する。我々のシミュレーションでは、円偏光度Pc ∼ 0.8、パルス持続時間∼16 fs、エネルギースペクトルのピーク∼1 keV、輝度∼1.8 × 10^20 photons s^−1 mm^−2 mrad^−2/0.1%BWを有するシンクロトロン放射を得た。このような超高速・超高輝度の円偏光X線源は、複雑な生体高分子構造の解析や、高エネルギー密度物質の探査において優れた応用可能性を有する。