【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所超強(qiáng)激光科學(xué)與技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際上首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了利用相對(duì)論拉蓋爾-高斯(LG)激光實(shí)現(xiàn)直接激光加速(DLA)的可行性，成功產(chǎn)生穩(wěn)定、低發(fā)射度、高準(zhǔn)直的超快電子束。這一進(jìn)展突破了傳統(tǒng)高斯激光直接加速技術(shù)的核心瓶頸，為微型粒子加速器、高能輻射源等前沿應(yīng)用領(lǐng)域的迭代發(fā)展開(kāi)辟了全新路徑。相關(guān)成果以“Experimental Demonstration of Directional and Collimated Electron Acceleration with Hollow Laguerre–Gaussian Lasers”為題，發(fā)表于Physical Review Letters 137, 025001 (2026)。
 

　　隨著超強(qiáng)飛秒激光技術(shù)的飛速迭代，激光強(qiáng)度已邁入相對(duì)論級(jí)別(強(qiáng)度> 10¹? W/cm²)。在這種極端物理?xiàng)l件下，物質(zhì)會(huì)被徹底電離，形成由電子和離子構(gòu)成的等離子體。其中，質(zhì)量極輕的電子可被激光電場(chǎng)直接加速，這一過(guò)程被稱為直接激光加速(DLA)，是先進(jìn)加速器、高能輻射源、激光快點(diǎn)火、阿秒科學(xué)等眾多前沿領(lǐng)域的核心基礎(chǔ)，其技術(shù)突破直接關(guān)系到多個(gè)學(xué)科的發(fā)展進(jìn)程。
 

　　然而，長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)DLA技術(shù)一直受困于一個(gè)核心難題：該技術(shù)主要依靠高斯激光的縱向有質(zhì)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，但高斯激光的橫向有質(zhì)動(dòng)力呈高斯分布，會(huì)不可避免地將電子向側(cè)面排斥，嚴(yán)重阻礙電子的穩(wěn)定加速，極大地限制了DLA技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的步伐，成為困擾相關(guān)領(lǐng)域的“卡脖子”問(wèn)題。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)在前期超強(qiáng)LG激光產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)加速研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新地將結(jié)構(gòu)化激光場(chǎng)拓展至電子加速實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。其中，拉蓋爾-高斯(LG)激光憑借其獨(dú)特的中空強(qiáng)度分布和內(nèi)在軌道角動(dòng)量(OAM)，為電子的精準(zhǔn)操控提供了前所未有的可能，成為突破技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵。
 

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，左旋圓偏振LG激光在光軸上具有獨(dú)特的縱向電場(chǎng)，與橫向場(chǎng)聚束效應(yīng)相結(jié)合，形成了穩(wěn)定的“真空空泡”加速結(jié)構(gòu)——這一結(jié)構(gòu)類似于經(jīng)典尾波場(chǎng)加速中的等離子體空泡結(jié)構(gòu)，為電子的穩(wěn)定、高效加速提供了絕佳環(huán)境。
 

　　這一成果不僅填補(bǔ)了相對(duì)論LG激光驅(qū)動(dòng)DLA實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的空白，更突破了傳統(tǒng)激光加速技術(shù)的性能瓶頸，大幅提升了電子束的穩(wěn)定性和準(zhǔn)直性，為激光加速技術(shù)的升級(jí)迭代奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，LG激光場(chǎng)中的加速梯度與激光強(qiáng)度成正比，與后續(xù)階段復(fù)雜的等離子體環(huán)境無(wú)關(guān)，這一特性為制造微米級(jí)的微型加速結(jié)構(gòu)開(kāi)辟了全新道路，有望讓“微型加速器”從概念走向現(xiàn)實(shí)。未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，這項(xiàng)技術(shù)有望廣泛應(yīng)用于超快物理、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)成像等多個(gè)領(lǐng)域，推動(dòng)相關(guān)學(xué)科的跨越式發(fā)展。
 

　　引用：上海光機(jī)所在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)超強(qiáng)渦旋激光電子直接加速實(shí)驗(yàn)重大突破 上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 【引用：2026年7月8日】