中科院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所（以下簡稱上海光機(jī)所）強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室徐至展院士團(tuán)隊(duì)在超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)新型光鑷操控粒子束研究中獲重要進(jìn)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(shí)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(tuán)簇。這一研究成果近日在線發(fā)表于《物理評論快報(bào)》。
研究人員利用相對論圓偏振拉蓋爾—高斯LG（自旋角動(dòng)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(gè)激光周期實(shí)現(xiàn)匯聚和發(fā)散，從而可以驅(qū)動(dòng)周期性電子團(tuán)簇產(chǎn)生。研究提出的單粒子模型更好地解釋了模擬實(shí)驗(yàn)中電子團(tuán)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(dòng)量參數(shù)和自旋角動(dòng)量參數(shù)。
該論文第一作者上海光機(jī)所副研究員王文鵬告訴《中國科學(xué)報(bào)》，該相對論“渦旋刀”驅(qū)動(dòng)操控的粒子束具有高電荷量、高準(zhǔn)直性的特點(diǎn)，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(diǎn)火、THz和X光輻射源產(chǎn)生等應(yīng)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(jià)：“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(zhǔn)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(tuán)簇。這種電子團(tuán)簇在相干輻射源產(chǎn)生等方面具有潛力。”
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