拉盖尔-高斯光束由于具有螺旋等相位面和中心相位奇点，从而携带一定的轨道角动量。光的轨道角动量在粒子操纵、量子纠缠、光纤通信、天体物理等领域已有相当广泛的研究。近年来，随着CPA技术将激光发展到相对论强度，超强的拉盖尔-高斯光也具有极高的角动量密度。当它与等离子体相互作用时，会产生很多新的物理效应，如中空尾场、涡旋状高次谐波和伽马光子、反射光偏离、“涡旋刀”操纵粒子束等。近期，中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室沈百飞课题组在超强激光与等离子体结构靶相互作用的理论研究中取得了重要进展，首次提出等离子体中的粒子角动量振荡效应。这种效应将会在与振荡相关的物理过程（如THz和X光辐射、粒子加热等）中带来重要影响。 　　 
　　本项研究中，研究人员将一束相对论强度的线偏振高斯光打到2个系列的等离子体螺旋相位板上。这里，每个系列的螺旋相位板都能产生一定拓扑荷的拉盖尔-高斯光。研究人员观察到，在相互作用时，其中一个系列（SPF）的螺旋相位板中的粒子的角动量会随着时间而振荡，而另外一个系列（MPF）的螺旋相位板却没有这种角动量振荡的现象。通过理论分析发现，角动量振荡效应由结构靶表面的非对称电场产生，而且，研究人员通过调整结构靶的表面结构，可以达到增强或减弱粒子角动量振荡的幅度。螺旋相位板在振荡过程中也会获得一定的净角动量，这意味着高斯光与结构靶的相互作用能对靶内粒子进行角向加速。产生的拉盖尔-高斯光的拓扑荷越大，角向加速的效果就越明显。这对激光粒子加速的研究提供了新的物理机制和研究思路，对涉及粒子加速的诸多领域都具有指导意义。该研究成果发表在 New Journal of Physics, 21, 043022 (2019) 上。审稿人评价该研究工作“非常有趣和新颖，采用的模型非常有效地解释了角动量振荡的行为”。该项研究得到了国家自然科学基金、中国科技部、中科院先导B类专项等项目的支持。

　　
图1 2个不同系列的等离子体螺旋相位板（SPF和MPF）的结构图

　　  　　
　　图2 用2个不同系列的等离子体螺旋相位板（SPF和MPF）产生具有不同拓扑荷的涡旋光和靶内粒子的角动量振荡效应