The feasibility of several novel ultrafast x-ray sources has been demonstrated through the interaction between laser and a micro-structured target. However, the resulting photon flux is still deficient for some applications. Here, we proposed a new method to yield high-flux synchrotron radiation by adopting compact hollow plasma waveguide. We verified the method theoretically and numerically. Linearly polarized laser pulses propagating in the waveguide are mainly converted into the electromagnetic mode HE11 with a superluminal phase speed of 1.02c when the pulse is coupled with the waveguide. The mode fields lead to a strong oscillating force and short oscillation period for energetic electrons, which are accelerated via the longitudinal acceleration mechanism. Then, the short x-ray beam is generated with high yield of 1011–1012. The corresponding photon flux reaches 3.5 × 1021 photons s−1 · 0.1% bandwidth. The high-flux source can be even used for single shot ultrafast imaging or the ultrafast x-ray diffraction and absorption studies.
数種類の新規な超高速X線源の実現可能性が、レーザーとマイクロ構造ターゲットとの相互作用を通じて実証されている。しかしながら、得られる光子フラックスは、一部の応用においては依然として不十分である。本論文では、コンパクトな中空プラズマ導波路を採用することにより、高フラックスのシンクロトロン放射を生成する新手法を提案する。我々はこの手法を理論的および数値的に検証した。導波路に結合された直線偏光レーザーパルスは、主に超光速位相速度1.02cを有する電磁モードHE11へと変換される。このモードの電磁場は、高エネルギーの電子に対して強い振動力を生じさせ、短い振動周期をもたらし、これにより縦方向加速機構を介して電子が加速される。その結果、1011–1012の高い収量を有する短パルスX線ビームが生成される。対応する光子フラックスは、3.5 × 1021 photons s−1・0.1%帯域幅に達する。この高フラックス源は、単一ショットの超高速イメージングや、超高速X線回折・吸収研究にも応用可能である。