近日，中國科學院上海光學精密機械研究所強場物理國家重點實驗室研究團隊在相對論渦旋激光驅動電子加速方面取得進展。研究人員與歐盟ELI-Beamlines團隊合作，發現近紅外圓偏振超強LG激光與超薄等離子體靶相互作用，可以驅動產生高能阿秒電子片。相關研究成果發表于《高能激光科學與工程》（High Power Laser Science and Engineering）。

渦旋激光由于其特殊的光場結構，被廣泛應用于弱光光鑷、強光粒子操控等研究。該項研究中，研究人員發現渦旋激光自身光場可以提供一個類似“空泡”的結構，其縱向加速電場可以穩相加速電子束至數百MeV。通過載波包絡相位調制相對應的橫向電場強度，可以實現對電子片形狀的不同調制。三維粒子模擬結果顯示，在特定載波包絡相位下，電子片可被調制成一個內直徑約10微米的電子環，其縱向時間尺度約為670阿秒，電荷量約0.19納庫倫。該高能環狀電子束可應用于準直線性加速器中產生的反質子束、邊緣增強電子成像、特殊結構x或γ射線產生、納米材料分析與操控等潛在方向。

相關工作得到了國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項（B類）、中科院基礎前沿科學研究計劃“從0到1”原始創新項目、上海市軍民融合發展專項資金科技創新支持項目基金等支持。

圖1 三維模擬中的電子環與激光場

圖2 激光電場與電子片密度分布演化

來源：上海光學精密機械研究所