Shanghai Optical Machinery Institute erreicht erstmals international einen großen Durchbruch im direkten Beschleunigungsexperiment mit superstarker Wirbellaserelektronik

Vor kurzem hat das Forschungsteam des Nationalen Schlüssellaboratoriums für Laserwissenschaft und Technologie des Instituts für optische Präzisionsmaschinen der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Shanghai zum ersten Mal auf internationaler Ebene experimentell die Machbarkeit der direkten Laserbeschleunigung (DLA) durch den Relativitätstheoretischen Lagel-Gauss-Laser (LG) überprüft, um einen stabilen, niedrigen Emissionsgrad und einen hochgenauen, ultraschnellen Elektronenstrahl zu erzeugen. Dieser Fortschritt bricht den Kern der Engpässe der herkömmlichen Gaussian-Laser-Direktbeschleunigungstechnologie durch und eröffnet völlig neue Wege für die iterative Entwicklung von Spitzenanwendungen wie Mikropartikelbeschleuniger und energieintensive Strahlungsquellen. Die Ergebnisse wurden unter dem Titel "Experimentale Demonstration von Richtungs- und Kollimatierter Elektronenbeschleunigung mit Hohllager-Gaussian-Lasern" in Physical Review Letters 137, 025001 (2026) veröffentlicht.

Durch die schnelle Iteration der Ultra-Fiftosekundlasertechnologie erreicht die Laserintensität das Niveau der Relativitätstheorie (Intensität > 1018 W/cm²). Unter diesen extremen physikalischen Bedingungen wird die Substanz vollständig ionisiert und bildet ein Plasma aus Elektronen und Ionen. Unter ihnen können sehr leichte Elektronen direkt durch das elektrische Laserfeld beschleunigt werden, dieser Prozess wird als direkte Laserbeschleunigung (DLA) bezeichnet und ist die Kerngrundlage für fortschrittliche Beschleuniger, energieintensive Strahlungsquellen, schnelle Laserzündung, Atosekundenwissenschaft und viele andere Spitzenbereiche, deren technologischer Durchbruch direkt mit dem Entwicklungsprozess mehrerer Disziplinen verbunden ist.

Allerdings ist die traditionelle DLA-Technologie seit langem in einem Kernproblem gefangen: Die Technologie stützt sich hauptsächlich auf die vertikale materielle Dynamik des Gaussian Lasers, aber die horizontale materielle Dynamik des Gaussian Lasers ist in Gaussian Verteilung verteilt und wird unvermeidlich die Elektronen seitlich abschliessen, die stabile Beschleunigung der Elektronen ernsthaft behindern, die die Geschwindigkeit der DLA-Technologie vom Labor zur praktischen Anwendung erheblich einschränken und das Problem des "Card Neck" in den verwandten Bereichen erschweren.

Auf der Grundlage früherer Forschungen zur Erzeugung und Antriebsbebeschleunigung von ultrastarken LG-Lasern erweitert das Forschungsteam das strukturierte Laserfeld innovativ auf das Feld der Elektronenbeschleunigungsexperimente. Unter ihnen bietet der Lager-Gauss-Laser (LG) mit seiner einzigartigen Hohlstärkenverteilung und seinem inneren Orbitalwinkelmoment (OAM) beispiellose Möglichkeiten für die präzise Bedienung von Elektronen und ist der Schlüssel zum Durchbruch der technologischen Engpässe.

Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass der linke Rotationspolarisierte LG-Laser ein einzigartiges längliches elektrisches Feld auf der optischen Achse aufweist, das in Kombination mit dem Querfeld-Cluster-Effekt eine stabile Beschleunigungsstruktur bildet, die der Plasmablasenstruktur der klassischen Schwanzfeldbeschleunigung ähnelt und eine ausgezeichnete Umgebung für eine stabile, effiziente Beschleunigung der Elektronen bietet.

Dieses Ergebnis füllt nicht nur die Lücke in der experimentellen Validierung der Relativitätstheorie LG Laser Driven DLA, sondern bricht auch die Leistungs-Engpässe der herkömmlichen Laserbeschleunigungstechnologie durch, verbessert die Stabilität und Geradheit des Elektronenstrahls erheblich und bildet eine solide Grundlage für eine verbesserte Iteration der Laserbeschleunigungstechnologie. Darüber hinaus ist der Beschleunigungsgradient im LG-Laserfeld proportional zur Laserintensität und hat nichts mit der komplexen Plasmaumgebung der Folgephase zu tun, was einen völlig neuen Weg für die Herstellung von Mikrobeschleunigungsstrukturen auf Mikrometer-Ebene eröffnet, die "Mikrobeschleuniger" vom Konzept zur Realität bringen können. Mit der weiteren Optimierung der Technologie wird in Zukunft erwartet, dass diese Technologie in vielen Bereichen wie der ultraschnellen Physik, der Materialwissenschaft und der medizinischen Bildgebung weit verbreitet wird, um die bahnbrechende Entwicklung der verwandten Disziplinen zu fördern.

Referenzen:Shanghai Optical Machinery Institute erreicht erstmals international einen großen Durchbruch im direkten Beschleunigungsexperiment mit superstarker WirbellaserelektronikShanghai Institut für optische Präzisionsmaschinen [Zitat: 8. Juli 2026]