近期，上海光機(jī)所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在超強(qiáng)激光與等離子體結(jié)構(gòu)靶相互作用的研究中取得了重要進(jìn)展，首次提出等離子體中的粒子角動(dòng)量振蕩效應(yīng)。
拉蓋爾－高斯光束具有螺旋等相位面和中心相位奇點(diǎn)，從而攜帶一定的軌道角動(dòng)量。光的軌道角動(dòng)量廣泛應(yīng)用于光學(xué)微操縱、量子糾纏、光學(xué)通信、天體物理等領(lǐng)域。近年來，隨著CPA技術(shù)將激光發(fā)提升到相對(duì)論強(qiáng)度，超強(qiáng)拉蓋爾－高斯光束也具備了極高的軌道角動(dòng)量密度。螺旋相位板是一種光學(xué)厚度隨方位角螺旋上升的結(jié)構(gòu)靶，可對(duì)入射的高斯光束進(jìn)行相位調(diào)制，利用等離子體螺旋相位板就可以產(chǎn)生超強(qiáng)拉蓋爾－高斯光束。當(dāng)超強(qiáng)拉蓋爾－高斯光束與等離子體相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多新的物理效應(yīng)。
該研究中，上海光機(jī)所科研人員將一束相對(duì)論強(qiáng)度的線偏振高斯光束正入射到兩個(gè)系列的等離子體螺旋相位板上。每個(gè)系列的螺旋相位板都能產(chǎn)生一定拓?fù)浜傻睦w爾－高斯光束。其中一個(gè)系列的螺旋相位板的厚度隨方位角單調(diào)上升（稱為SPF），而另一個(gè)系列的厚度隨方位角重復(fù)了多個(gè)周期（稱為MPF）。研究人員觀察到，在相互作用時(shí)，SPF中的粒子角動(dòng)量會(huì)隨著時(shí)間而振蕩，而MPF卻無此現(xiàn)象。理論分析發(fā)現(xiàn)，角動(dòng)量振蕩效應(yīng)由結(jié)構(gòu)靶表面的非對(duì)稱電場產(chǎn)生，并且通過調(diào)整結(jié)構(gòu)靶的表面結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)粒子角動(dòng)量振蕩幅度的增強(qiáng)或減弱。螺旋相位板在振蕩過程中也會(huì)獲得一定的凈角動(dòng)量，這表明高斯光束與結(jié)構(gòu)靶的相互作用可以對(duì)靶內(nèi)粒子進(jìn)行角向加速。并且產(chǎn)生的拉蓋爾－高斯光束的拓?fù)浜稍酱?，角向加速的效果就越明顯。
這一研究成果對(duì)激光加速粒子提供了新的物理機(jī)制和研究思路，對(duì)涉及粒子加速的諸多領(lǐng)域都具有重要的指導(dǎo)意義。
相關(guān)研究成果發(fā)表在［New Journal of Physics 21， 043022 （2019）］上。
拉蓋爾－高斯光束具有螺旋等相位面和中心相位奇點(diǎn)，從而攜帶一定的軌道角動(dòng)量。光的軌道角動(dòng)量廣泛應(yīng)用于光學(xué)微操縱、量子糾纏、光學(xué)通信、天體物理等領(lǐng)域。近年來，隨著CPA技術(shù)將激光發(fā)提升到相對(duì)論強(qiáng)度，超強(qiáng)拉蓋爾－高斯光束也具備了極高的軌道角動(dòng)量密度。螺旋相位板是一種光學(xué)厚度隨方位角螺旋上升的結(jié)構(gòu)靶，可對(duì)入射的高斯光束進(jìn)行相位調(diào)制，利用等離子體螺旋相位板就可以產(chǎn)生超強(qiáng)拉蓋爾－高斯光束。當(dāng)超強(qiáng)拉蓋爾－高斯光束與等離子體相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生許多新的物理效應(yīng)。
該研究中，上海光機(jī)所科研人員將一束相對(duì)論強(qiáng)度的線偏振高斯光束正入射到兩個(gè)系列的等離子體螺旋相位板上。每個(gè)系列的螺旋相位板都能產(chǎn)生一定拓?fù)浜傻睦w爾－高斯光束。其中一個(gè)系列的螺旋相位板的厚度隨方位角單調(diào)上升（稱為SPF），而另一個(gè)系列的厚度隨方位角重復(fù)了多個(gè)周期（稱為MPF）。研究人員觀察到，在相互作用時(shí)，SPF中的粒子角動(dòng)量會(huì)隨著時(shí)間而振蕩，而MPF卻無此現(xiàn)象。理論分析發(fā)現(xiàn)，角動(dòng)量振蕩效應(yīng)由結(jié)構(gòu)靶表面的非對(duì)稱電場產(chǎn)生，并且通過調(diào)整結(jié)構(gòu)靶的表面結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)粒子角動(dòng)量振蕩幅度的增強(qiáng)或減弱。螺旋相位板在振蕩過程中也會(huì)獲得一定的凈角動(dòng)量，這表明高斯光束與結(jié)構(gòu)靶的相互作用可以對(duì)靶內(nèi)粒子進(jìn)行角向加速。并且產(chǎn)生的拉蓋爾－高斯光束的拓?fù)浜稍酱?，角向加速的效果就越明顯。
這一研究成果對(duì)激光加速粒子提供了新的物理機(jī)制和研究思路，對(duì)涉及粒子加速的諸多領(lǐng)域都具有重要的指導(dǎo)意義。
相關(guān)研究成果發(fā)表在［New Journal of Physics 21， 043022 （2019）］上。
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