With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ Вт/см²). За таких екстремальних фізичних умов речовина повністю іонізується в плазму, а надзвичайно легкі електрони можуть безпосередньо прискорюватися електричним полем лазера-. Процес, відомий як пряме лазерне прискорення (DLA). Цей процес служить фундаментальною основою для багатьох передових галузей, у тому числі передових прискорювачів, високо-джерел випромінювання енергії та аттосекундної науки.
Однак традиційна технологія DLA вже давно страждає від основної проблеми: вона в основному покладається на поздовжню пондеромоторну силу гаусових лазерів для керування. Тим не менш, поперечна пондеромоторна сила гаусового лазера демонструє гаусівський розподіл, який неминуче штовхає електрони назовні. Це серйозно перешкоджає стабільному прискоренню електронів і стало «вузьким місцем» у цій галузі.
Щоб подолати цю проблему, дослідницька група SIOM інноваційно розширила структуровані лазерні поля в експерименти з прискоренням електронів. Вони використали унікальний порожнистий розподіл інтенсивності та власний орбітальний кутовий момент лазерів Лагерра-Гауса (LG) для точного керування електронами. Експериментальні результати показують, що ліво{3}}лазери LG з круговою поляризацією мають унікальне поздовжнє електричне поле на оптичній осі. У поєднанні з ефектом поперечного фокусування це успішно формує стабільну структуру прискорення «вакуумної бульбашки». Ця структура подібна до плазмових бульбашок у класичному кільватерному прискоренні, створюючи ідеальне середовище для стабільного та високоефективного прискорення електронів.
Це досягнення не тільки заповнює прогалину в експериментальній перевірці релятивістського лазерного диференціального диференціального аналізу (DLA),-керованого лазером LG, але й значно покращує стабільність і колімацію електронного променя. Крім того, градієнт прискорення в лазерному полі LG прямо пропорційний інтенсивності лазера та не залежить від подальшого складного плазмового середовища. Ця унікальна характеристика відкриває абсолютно новий шлях для створення компактних прискорювальних структур мікрометрового-масштабу, потенційно перетворюючи концепцію «компактних прискорювачів» у реальність. Очікується, що з подальшою оптимізацією в майбутньому ця технологія буде широко застосована в надшвидкісній фізиці, матеріалознавстві та медичній візуалізації, сприяючи стрімкому розвитку в багатьох дисциплінах.
