With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹8 W/cm²). Ilyen szélsőséges fizikai körülmények között az anyag teljesen plazmává ionizálódik, és a rendkívül könnyű elektronok közvetlenül felgyorsíthatók a lézer elektromos tere -ez a folyamat, amelyet Direct Laser Acceleration (DLA) néven ismerünk. Ez a folyamat számos határterület alapvető alapjául szolgál, beleértve a fejlett gyorsítókat, a nagy-energiájú sugárforrásokat és az attoszekundumos tudományt.
A hagyományos DLA technológiát azonban régóta sújtja egy alapvető kihívás: elsősorban a Gauss-lézerek longitudinális ponderomotoros erejére támaszkodik a vezetés során. Mégis, a Gauss-lézer keresztirányú ponderomotoros ereje Gauss-eloszlást mutat, ami elkerülhetetlenül kifelé tolja az elektronokat. Ez súlyosan akadályozza a stabil elektrongyorsulást, és "szűk keresztmetszet" problémává vált a területen.
Ennek a kihívásnak a leküzdése érdekében a SIOM kutatócsoportja innovatív módon kiterjesztette a strukturált lézermezőket elektrongyorsítási kísérletekké. A Laguerre{1}}Gauss-lézerek (LG) egyedülálló üreges intenzitáseloszlását és belső orbitális szögimpulzusát használták fel az elektronok precíz manipulálására. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a balkezes, körkörösen polarizált LG lézerek optikai tengelyén egyedülálló hosszanti elektromos térrel rendelkeznek. A keresztirányú fókuszáló hatással kombinálva ez sikeresen alkot egy stabil "vákuumbuborék" gyorsulási struktúrát. Ez a szerkezet hasonló a klasszikus wakefield gyorsítás plazmabuborékaihoz, ideális környezetet biztosítva a stabil és rendkívül hatékony elektrongyorsításhoz.
Ez az eredmény nem csak a relativisztikus LG lézer{0}}vezérelt DLA kísérleti igazolásának hiányát pótolja, hanem jelentősen javítja az elektronsugár stabilitását és kollimációját is. Ezenkívül az LG lézermezőben a gyorsulási gradiens egyenesen arányos a lézer intenzitásával, és független a későbbi összetett plazmakörnyezettől. Ez az egyedi jellemző teljesen új utat nyit a mikrométeres-méretű kompakt gyorsulási struktúrák létrehozásához, és potenciálisan a „kompakt gyorsítók” koncepcióját valóra váltja. A jövőbeni további optimalizálással ezt a technológiát várhatóan széles körben alkalmazzák az ultragyors fizikában, az anyagtudományban és az orvosi képalkotásban, ami több tudományágban is ugrásszerű fejlődést eredményez.
