平衡光束 多个激光小光束显示出更好的电子和离子加速度

研究人员展示了如何利用四个激光小射束创建干涉图案,从而提高加速电子和离子束时的能量传递效率。该方法可用于增强生物和天体物理研究。

由大阪大学领导的一个研究小组展示了与单个激光相比,多个重叠激光束如何更好地将电子加速到令人难以置信的快速速度。这种方法可以为实验室天体物理学,癌症治疗研究以及通向受控核聚变的途径提供更强大和更有效的X射线和离子生成。

高能量密度物理学是一个研究领域,它处理大爆炸后紧接着混乱时刻的条件,而不是地球上常见的混沌时刻。然而,能够产生和控制强光束或非常快速移动的电子具有许多实际益处。这些包括能够制作非常明亮的X射线以观察物质的超快变形,或进行模拟恒星表面附近宇宙学条件的实验。

然而,由于激光和电子之间复杂的相互作用,用强激光束有效地加速电子束通常是棘手的。以前,需要非常昂贵的光学器件或图案化靶来将激光能量转移到电子束能量。在一项新的研究中,大阪大学的研究人员展示了如何将激光束分成四个相干较小的光束,称为小束,可以将更多的能量转移到电子上。这是通过创建特定的光干涉图案来实现的,这些图案可以保持电子轨道。

“就像池塘中重叠的涟漪可以产生复杂的波浪结构一样,我们可以使用四个激光小射束精确控制环境,以最好地加速电子,”第一作者莫拉斯解释说。他们发现,在单个点同时照射多个激光束可以实现高效的激光驱动粒子加速。使用光干涉图案而不是物理目标允许更好的控制和增加的能量传递。

该团队认为这只是新技术的开始。“这项研究表明,如何开发利用多光束耦合的新型高性能激光系统,”资深作者Kodama说。“这意味着该方法很快就会出现在生物学系或聚变发电厂中。”

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