中科院上海光學精密機械研究所（以下簡稱上海光機所）強場激光物理國家重點實驗室徐至展院士團隊在超強超短激光驅(qū)動新型光鑷操控粒子束研究中獲重要進展。研究在三維PIC模擬中，利用相對論圓偏振拉蓋爾—高斯激光，首次實現(xiàn)了新型光鑷——相對論“渦旋刀”，產(chǎn)生了空間周期性分布的電子團簇。這一研究成果近日在線發(fā)表于《物理評論快報》。
研究人員利用相對論圓偏振拉蓋爾—高斯LG（自旋角動量為-1）激光，直接將傳統(tǒng)的弱光領(lǐng)域內(nèi)的“光鑷”拓展到了相對論激光領(lǐng)域，產(chǎn)生了新型光鑷——相對論“渦旋刀”，試圖在相對論新參數(shù)領(lǐng)域重新定義傳統(tǒng)“光鑷”。
研究發(fā)現(xiàn)這種相對論渦旋刀（電場）可以在每個激光周期實現(xiàn)匯聚和發(fā)散，從而可以驅(qū)動周期性電子團簇產(chǎn)生。研究提出的單粒子模型更好地解釋了模擬實驗中電子團簇形成的原因，并發(fā)現(xiàn)這種渦旋刀操控電子的行為依賴于LG激光中的軌道角動量參數(shù)和自旋角動量參數(shù)。
該論文第一作者上海光機所副研究員王文鵬告訴《中國科學報》，該相對論“渦旋刀”驅(qū)動操控的粒子束具有高電荷量、高準直性的特點，且操控簡單，更易獲得高品質(zhì)束流，對粒子加速、超快電子衍射、超快電子成像、加速器中粒子注入、慣性約束聚變快點火、THz和X光輻射源產(chǎn)生等應用具有重要意義。
該論文審稿人對研究結(jié)果給予了高度評價：“通過利用LG激光和固體靶相互作用，作者發(fā)現(xiàn)了一種新的現(xiàn)象：作用過程中產(chǎn)生了準直的電子噴流，利用‘渦旋刀’這種新技術(shù)可以將電子噴流裁剪成超短電子團簇。這種電子團簇在相干輻射源產(chǎn)生等方面具有潛力。”
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