With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ W/cm²). Under sådana extrema fysikaliska förhållanden joniseras materia fullständigt till plasma, och extremt lätta elektroner kan accelereras direkt av laserns elektriska fält-en process som kallas Direct Laser Acceleration (DLA). Denna process fungerar som den grundläggande basen för många gränsområden, inklusive avancerade acceleratorer, hög-strålningskällor och attosekundsvetenskap.
Den traditionella DLA-tekniken har dock länge plågats av en kärnutmaning: den förlitar sig främst på den longitudinella ponderomotiva kraften hos Gaussiska lasrar för körning. Ändå uppvisar den tvärgående ponderomotoriska kraften hos en Gauss-laser en Gauss-fördelning, som oundvikligen trycker elektroner utåt. Detta hindrar kraftigt stabil elektronacceleration och har blivit ett "flaskhals"-problem i fält.
För att övervinna denna utmaning, utökade SIOMs forskargrupp innovativt strukturerade laserfält till elektronaccelerationsexperiment. De använde den unika ihåliga intensitetsfördelningen och inneboende orbitala vinkelmomentet hos Laguerre-Gaussian (LG) lasrar för att exakt manipulera elektroner. Experimentella resultat visar att vänster-cirkulärpolariserade LG-lasrar har ett unikt longitudinellt elektriskt fält på den optiska axeln. I kombination med den tvärgående fokuseringseffekten bildar detta framgångsrikt en stabil "vakuumbubbla"-accelerationsstruktur. Denna struktur liknar plasmabubblorna i klassisk wakefield-acceleration, vilket ger en idealisk miljö för stabil och mycket effektiv elektronacceleration.
Denna prestation fyller inte bara luckan i den experimentella verifieringen av relativistisk LG-laserdriven-DLA utan förbättrar också avsevärt stabiliteten och kollimeringen av elektronstrålen. Dessutom är accelerationsgradienten i LG-laserfältet direkt proportionell mot laserintensiteten och är oberoende av den efterföljande komplexa plasmamiljön. Denna unika egenskap öppnar upp en helt ny väg för att skapa kompakta accelerationsstrukturer i mikrometer-skala, vilket potentiellt gör konceptet med "kompakta acceleratorer" till verklighet. Med ytterligare optimering i framtiden förväntas denna teknik användas i stor omfattning inom ultrasnabb fysik, materialvetenskap och medicinsk bildbehandling, vilket driver utvecklingen av språng i flera discipliner.
