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超强激光科学卓越创新简报

(第三百四十七期)

2023年1月5日

上海光机所在高拓扑荷数LG激光驱动粒子自准直加速机制方面取得进展

　　近期，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在拉盖尔高斯（LG）激光驱动等离子体自准直加速机制方面取得进展，相关成果以“Topological structure effects of Laguerre-Gaussian laser on self-collimation acceleration mechanism”为题，在Frontiers in Physics上发表。

　　超强激光与等离子体相互作用，可以产生大量高能粒子，具有潜在的应用价值，例如：惯性约束聚变中的快点火方案、超快成像、质子医疗、天体物理喷流机制研究等。而这些应用大都需要高品质的粒子束，尤其是对粒子束的高准直性有着特殊要求。

　　研究团队提出了一种利用环形LG激光驱动自准直粒子加速的机制。研究发现LG激光在环形光强半径内具有向内的有质动力，在激光打靶相互作用过程中，横向有质动力将会聚束等离子体，在激光光轴上形成半径只有百nm尺寸的强流粒子束。与此同时，粒子束中的强电流会自洽产生强磁场通道，对等离子体进一步自准直，最终产生了高品质聚束粒子束。此外，研究还发现，合适的高拓扑荷数（l）可进一步改善LG激光对等离子的自准直效果，为惯性约束聚变快点火、质子医疗等应用所需要的高能量、高束流密度、高准直性粒子源提供了可行方案。

　　相关的研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、上海自然科学基金面上项目、中科院原始创新0到1项目等项目的支持。

　　原文链接

图1 拉盖尔高斯激光（拓扑荷l=1,2,3）光强分布

图2 电子/离子密度分布和动量分布

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