近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院合作在利用相對論強(qiáng)度時(shí)空渦旋（STOV）激光實(shí)現(xiàn)孤立阿秒電子片加速方面取得了進(jìn)展，相關(guān)成果以Generation of isolated attosecond electron sheet via relativistic spatiotemporal optical manipulation為題，在Physical Review Research上發(fā)表。

研究團(tuán)隊(duì)將STOV激光模式由弱光領(lǐng)域拓展到了相對論領(lǐng)域，利用超強(qiáng)STOV激光特有的相位奇點(diǎn)分布實(shí)現(xiàn)了對電子束的時(shí)空調(diào)控：在縱向，實(shí)現(xiàn)了對電子束的鎖相加速；在橫向，STOV激光的有質(zhì)動(dòng)力分布實(shí)現(xiàn)了對電子聚束箍縮。最終，在三維粒子模擬中獲得了~GeV量級(jí)、~600阿秒的孤立準(zhǔn)直電子片，可用于孤立阿秒脈沖產(chǎn)生、超短x/γ射線輻射和阿秒電子衍射等潛在研究領(lǐng)域。

該項(xiàng)研究基于前期課題組超強(qiáng)渦旋激光（LG）激光技術(shù)的研究[Phys. Rev. Lett.122, 024801 (2019); Phys. Rev. Lett. 125, 34801 (2020)]，在相對論領(lǐng)域，首次探討了產(chǎn)生STOV激光的可行方案，創(chuàng)新性提出利用反射式、大尺寸的光學(xué)元件（包括反射式閃耀光柵、反射式相位板等）來實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)STOV激光的設(shè)計(jì)，有望克服傳統(tǒng)弱光領(lǐng)域中透射式光學(xué)元件低損傷閾值的缺點(diǎn), 實(shí)現(xiàn)由超強(qiáng)縱向軌道角動(dòng)量激光（LG激光）向橫向軌道角動(dòng)量激光（STOV激光）的拓展，為超強(qiáng)渦旋激光驅(qū)動(dòng)的等離子體相互作用引入了新時(shí)空自由度調(diào)控手段，有望推動(dòng)粒子加速、高能輻射等方向的新物理研究。

圖片:W020240125613877506329_ORIGIN.gif

圖1. STOV激光驅(qū)動(dòng)孤立阿秒電子加速示意圖。

圖片:W020240125613877727793_ORIGIN.gif

圖2. 超強(qiáng)STOV激光加速過程中的電場、電子密度、電子發(fā)散角分布及能量分布。

相關(guān)研究得到了中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目基金、國家自然科學(xué)基金（面上項(xiàng)目、重大研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目）、上海市自然科學(xué)基金等的支持。

相關(guān)鏈接：https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.6.013075