With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ W/cm²). Esant tokioms ekstremalioms fizinėms sąlygoms, medžiaga visiškai jonizuojama į plazmą, o ypač lengvi elektronai gali būti tiesiogiai pagreitinami lazerio elektriniu lauku -procesas, žinomas kaip tiesioginis lazerio pagreitis (DLA). Šis procesas yra pagrindinis daugelio pasienio sričių, įskaitant pažangius greitintuvus, didelės-energijos spinduliuotės šaltinius ir atosekundžių mokslą, pagrindas.
Tačiau tradicinę DLA technologiją jau seniai kankina pagrindinis iššūkis: ji pirmiausia priklauso nuo Gauso lazerių išilginės posūkio jėgos. Tačiau skersinė ponderomotorinė Gauso lazerio jėga pasižymi Gauso pasiskirstymu, kuris neišvengiamai stumia elektronus į išorę. Tai labai trukdo stabiliam elektronų pagreičiui ir tapo „butelio kaklelio“ problema šioje srityje.
Siekdama įveikti šį iššūkį, SIOM tyrimų komanda naujoviškai išplėtė struktūrinius lazerio laukus į elektronų pagreičio eksperimentus. Jie panaudojo unikalų tuščiavidurio intensyvumo pasiskirstymą ir vidinį Lagerro{1}}Gauso (LG) lazerių orbitinį momentą, kad tiksliai manipuliuotų elektronais. Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad kairiarankiai apskrito poliarizuoti LG lazeriai optinėje ašyje turi unikalų išilginį elektrinį lauką. Kartu su skersinio fokusavimo efektu tai sėkmingai suformuoja stabilią „vakuuminio burbulo“ pagreičio struktūrą. Ši struktūra yra panaši į plazmos burbulus klasikinio pagreičio pagreityje, suteikdama idealią aplinką stabiliam ir labai efektyviam elektronų pagreičiui.
Šis pasiekimas ne tik užpildo reliatyvistinio LG lazeriu{0}}varomo DLA eksperimentinio patikrinimo spragą, bet ir žymiai padidina elektronų pluošto stabilumą ir kolimaciją. Be to, pagreičio gradientas LG lazerio lauke yra tiesiogiai proporcingas lazerio intensyvumui ir nepriklauso nuo tolesnės sudėtingos plazmos aplinkos. Ši unikali savybė atveria visiškai naują kelią mikrometro-masto kompaktiškų pagreičių struktūrų kūrimui, o tai gali paversti „kompaktiškų greitintuvų“ sąvoką realybe. Ateityje toliau optimizuojant šią technologiją tikimasi plačiai pritaikyti itin sparčios fizikos, medžiagų mokslo ir medicininio vaizdavimo srityse, o tai paskatins šuolį kelių disciplinų vystymuisi.
