拉蓋爾高斯光束怎麼產生

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場鐳射物理國家重點實驗室徐至展研究團隊在超強超短鐳射驅動新型光鑷（相對論渦旋刀）操控粒子束研究中取得新進展。該研究團隊在三維PIC模擬中利用相對論圓偏振拉蓋爾—高斯鐳射第一次實現了新型光鑷——相對論“渦旋刀”，產生空間週期性分佈的電子團簇。該研究成果1月14日線上發表於《物理評論快報》（

Physical Review Letters，

122，024801 （2019））。

2018年諾貝爾物理學獎分別頒給了A。 Ashikin， G。 Mourou 和D。 Strickland，表彰他們在鐳射物理領域的突破性發明。1970年，A。 Ashikin第一次發明光鑷技術並將其應用於生物學領域，實驗發現：利用連續鐳射的光壓可以實現微米量級粒子的加速和捕獲。1985年，G。 Mourou和D。 Strickland兩人則發明了啁啾脈衝放大（CPA）鐳射技術，開啟了相對論飛秒鐳射驅動等離子體相互作用的大門。這兩項都非常值得被授予諾貝爾獎，但它們之間並沒有那麼緊密的聯絡。

該項研究中，王文鵬等研究人員利用相對論圓偏振拉蓋爾—高斯LG01 （σ

z

= -1）鐳射直接將傳統的弱光領域內的光鑷（1/2 NOBEL PRIZE）拓展到了相對論鐳射領域（1/2 NOBEL PRIZE），產生了新型光鑷——相對論“渦旋刀”。研究發現這種相對論渦旋刀（電場）可以在每個激光週期實現會聚和發散，從而可以驅動週期性電子團簇產生。文中提出的單粒子模型很好地解釋了模擬中電子團簇形成的原因，並且發現這種渦旋刀操控電子的行為依賴於LG鐳射中的軌道角動量引數l和自旋角動量引數σ

z

。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，更容易獲得高品質束流，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。

論文審稿人對該研究結果給予了高度評價：“透過利用LG鐳射和固體靶相互作用，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。文章選題十分新穎，研究內容會激發感興趣的物理學者去研究不同的領域，例如：光學、等離子體、加速器等。……這種電子團簇在相干輻射源產生等其他方面具有潛在的重要應用，值得讀者繼續挖掘研究。”

該項研究得到國家自然科學基金、中科院先導B類專項等的支援。

圖：相對論渦旋刀驅動產生週期性電子團簇