近日，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室與上海理工大學光電信息與計算機工程學院合作在利用相對論強度時空渦旋（STOV）激光實現(xiàn)孤立阿秒電子片加速方面取得了進展，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。

研究團隊將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STOV激光特有的相位奇點分布實現(xiàn)了對電子束的時空調(diào)控：在縱向，實現(xiàn)了對電子束的鎖相加速；在橫向，STOV激光的有質(zhì)動力分布實現(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、~600阿秒的孤立準直電子片，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。

該項研究基于前期課題組超強渦旋激光（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、大尺寸的光學元件（包括反射式閃耀光柵、反射式相位板等）來實現(xiàn)超強STOV激光的設(shè)計，有望克服傳統(tǒng)弱光領(lǐng)域中透射式光學元件低損傷閾值的缺點, 實現(xiàn)由超強縱向軌道角動量激光（LG激光）向橫向軌道角動量激光（STOV激光）的拓展，為超強渦旋激光驅(qū)動的等離子體相互作用引入了新時空自由度調(diào)控手段，有望推動粒子加速、高能輻射等方向的新物理研究。

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圖1. STOV激光驅(qū)動孤立阿秒電子加速示意圖。

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圖2. 超強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院前沿科學重點研究計劃項目基金、國家自然科學基金（面上項目、重大研究計劃重點項目）、上海市自然科學基金等的支持。

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