超强激光科学卓越创新简报

(第四百七十八期)

2024年1月25日

上海光机所在利用相对论时空涡旋（STOV）激光实现孤立阿秒电子片加速方面取得进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室与上海理工大学光电信息与计算机工程学院合作在利用相对论强度时空涡旋（STOV）激光实现孤立阿秒电子片加速方面取得了进展，相关成果以Generation of isolated attosecond electron sheet via relativistic spatiotemporal optical manipulation为题，在Physical Review Research上发表。

研究团队将STOV激光模式由弱光领域拓展到了相对论领域，利用超强STOV激光特有的相位奇点分布实现了对电子束的时空调控：在纵向，实现了对电子束的锁相加速；在横向，STOV激光的有质动力分布实现了对电子聚束箍缩。最终，在三维粒子模拟中获得了~GeV量级、~600阿秒的孤立准直电子片，可用于孤立阿秒脉冲产生、超短x/γ射线辐射和阿秒电子衍射等潜在研究领域。

该项研究基于前期课题组超强涡旋激光（LG）激光技术的研究[Phys. Rev. Lett.122, 024801 (2019); Phys. Rev. Lett. 125, 34801 (2020)]，在相对论领域，首次探讨了产生STOV激光的可行方案，创新性提出利用反射式、大尺寸的光学元件（包括反射式闪耀光栅、反射式相位板等）来实现超强STOV激光的设计，有望克服传统弱光领域中透射式光学元件低损伤阈值的缺点, 实现由超强纵向轨道角动量激光（LG激光）向横向轨道角动量激光（STOV激光）的拓展，为超强涡旋激光驱动的等离子体相互作用引入了新时空自由度调控手段，有望推动粒子加速、高能辐射等方向的新物理研究。

相关研究得到了中国科学院前沿科学重点研究计划项目基金、国家自然科学基金（面上项目、重大研究计划重点项目）、上海市自然科学基金等的支持。（强场激光物理国家重点实验室供稿）

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图1. STOV激光驱动孤立阿秒电子加速示意图。

图2. 超强STOV激光加速过程中的电场、电子密度、电子发散角分布及能量分布。