With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>101⁸W/cm²). 이러한 극한의 물리적 조건에서 물질은 플라즈마로 완전히 이온화되고 초경량 전자는 레이저의 전기장에 의해 직접 가속될 수 있습니다.-이를 직접 레이저 가속(DLA)이라고 합니다. 이 프로세스는 고급 가속기, 고{4}}에너지 방사선원 및 아토초 과학을 포함한 많은 첨단 분야의 기본 기반으로 사용됩니다.
그러나 전통적인 DLA 기술은 오랫동안 핵심 과제로 인해 어려움을 겪어 왔습니다. 즉, 주로 구동을 위해 가우스 레이저의 종방향 반원동력에 의존합니다. 그러나 가우스 레이저의 횡방향 연못력은 가우스 분포를 나타내며, 이는 필연적으로 전자를 바깥쪽으로 밀어냅니다. 이는 안정적인 전자 가속을 심각하게 방해하고 현장에서 "병목 현상" 문제가 되었습니다.
이러한 과제를 극복하기 위해 SIOM 연구팀은 구조화된 레이저장을 전자 가속 실험으로 혁신적으로 확장했습니다. 그들은 전자를 정밀하게 조작하기 위해 Laguerre{1}}Gaussian(LG) 레이저의 고유한 중공 강도 분포와 고유 궤도 각운동량을 활용했습니다. 실험 결과에 따르면 왼손잡이 원형 편광 LG 레이저는 광축에 고유한 종방향 전기장을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 가로 초점 효과와 결합하여 안정적인 "진공 기포" 가속 구조를 성공적으로 형성합니다. 이 구조는 고전적인 웨이크필드 가속의 플라즈마 버블과 유사하며 안정적이고 매우 효율적인 전자 가속을 위한 이상적인 환경을 제공합니다.
이번 성과는 상대론적 LG 레이저-구동 DLA의 실험적 검증의 공백을 메울 뿐만 아니라 전자빔의 안정성과 시준을 크게 향상시킵니다. 또한 LG 레이저 필드의 가속도 기울기는 레이저 강도에 정비례하며 후속 복잡한 플라즈마 환경과 무관합니다. 이 고유한 특성은 마이크로미터{3}}규모 소형 가속 구조를 생성하기 위한 완전히 새로운 길을 열어 잠재적으로 "소형 가속기" 개념을 현실로 전환합니다. 향후 추가 최적화를 통해 이 기술은 초고속 물리학, 재료 과학 및 의료 이미징에 널리 적용되어 여러 분야에 걸쳐 도약적인 발전을 이끌 것으로 예상됩니다.
