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，首次實現了新型光鑷——相對論“渦旋刀”，產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，直接將傳統的弱光領域內的“光鑷”拓展到了相對論激光領域，產生了新型光鑷——相對論“渦旋刀”，試圖在相對論新參數領域重新定義傳統“光鑷”。
研究發現這種相對論渦旋刀（電場）可以在每個激光周期實現匯聚和發散，從而可以驅動周期性電子團簇產生。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，并發現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和自旋角動量參數。
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光輻射源產生等應用具有重要意義。
該論文審稿人對研究結果給予了高度評價：“通過利用LG激光和固體靶相互作用，作者發現了一種新的現象：作用過程中產生了準直的電子噴流，利用‘渦旋刀’這種新技術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生等方面具有潛力。”
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