隨著激光技術(shù)的發(fā)展，通過激光和靶相互作用，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)能夠獲得MeV量級的離子束。這些高能離子束應(yīng)用廣泛，如：慣性約束核聚變快點(diǎn)火、醫(yī)學(xué)治療、質(zhì)子束成像等方面。以往的研究主要側(cè)重于在激光傳播方向加速離子，而在方位角方向進(jìn)行的離子加速，鮮有研究。
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)室的研究人員最近第一次利用三維PIC模擬對相對論強(qiáng)度下中空圓環(huán)拉蓋爾高斯（LG）激光與等離子體的相互作用進(jìn)行了研究，其結(jié)果發(fā)在Scientific Reports [Scientific Reports.5:8274(2015)]。結(jié)果表明：（0,1）模的拉蓋爾高斯激光具有螺旋狀，可驅(qū)動(dòng)等離子體在角向轉(zhuǎn)動(dòng)。與常規(guī)的線偏振（LP）和圓偏振激光（CP）驅(qū)動(dòng)的離子加速相比，LG激光產(chǎn)生的軸向離子角動(dòng)量效果更明顯。另外，在LG激光加速過程中，電子和離子可被LG激光中心捕獲，并且可在中心處實(shí)現(xiàn)均勻壓縮。LG激光所特有的這種中空螺旋狀性質(zhì)，在產(chǎn)生具有軌道角動(dòng)量的X射線、等離子體加速、慣性約束聚變中的快點(diǎn)火、天體物理的脈沖星研究等方面具有潛在應(yīng)用。
圖1 左：三維PIC模擬示意圖。右：激光（第一行）、電子（第二行）、離子（第三行）在LG激光鉆洞過程中的演化圖。
圖2 線偏振（LP）、圓偏振（CP）、拉蓋爾高斯（LG）激光驅(qū)動(dòng)離子角向加速所對應(yīng)的軸向角動(dòng)量比較。
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