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上海光機所提出通過超強激光驅動微結構靶獲得攜帶軌道角動量MeV伽馬射線束新方案

發布:opticseditor    |    2020-03-12 15:28    閱讀:263
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伽馬光束可以攜帶軌道角動量(OAM),并且可以通過超相對論拉蓋爾-高斯(LG)激光驅動產生,然而目前的激光技術很難獲得超強LG激光。近期,中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室提出一種通過超強激光驅動的微結構靶獲得攜帶軌道角動量MeV伽馬射線束的新方案。相關成果發表于[Scientific Reports 9: 18780 (2019)]。

研究團隊在模擬中發現,當超強圓偏振(CP)高斯光與微通道靶相互作用時,位于通道壁上的電子將被拉入激光場中,并經過激光直接加速至高能。這些電子與驅動激光共同傳播時,由于電子速度略小于光速,其位于激光場的相位逐漸延遲。在新的相位上,電子感受到的CP激光電場方向與較早時刻的有所不同。這種變化導致電子具有切向的動量,所有電子束整體上表現為攜帶宏觀OAM。激光脈沖到達通道后端的平面靶時將被反射,而高能電子束則與從平面靶反射的激光脈沖對撞,激發逆康普頓散射(ICS)過程,輻射出具有OAM的高能伽馬光束。

進一步研究表明,光子攜帶的OAM來自參與ICS過程的電子與激光。通過移除反射平面靶,讓另一束同向旋轉或反向旋轉的激光與電子碰撞進行對比,研究人員發現,伽馬光束的OAM大約一半來自電子束,另一半來自散射激光。該方案結合了常用的CP高斯激光與新穎的微納結構,符合目前大多數高功率激光裝置條件,有望對激光驅動產生新型伽瑪射線源的物理實驗提供切實可行的參考和指導。

相關工作得到國家自然科學基金委等的支持。


圖1 微通道靶與激光相互作用示意圖

圖2 (a)(b)分別為圓偏、線偏入射光情況下通道截面處電子密度分布圖;(c)-(e)圓偏入射光情況下高能電子軌跡圖、動量分布圖及激光示意圖;(f)-(h)線偏入射光情況下高能電子軌跡圖、動量分布圖及激光示意圖。

來源: 上海光學精密機械研究所

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