With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ W/cm²). Dans des conditions physiques aussi extrêmes, la matière est complètement ionisée en plasma et des électrons extrêmement légers peuvent être directement accélérés par le champ électrique du laser-un processus connu sous le nom d'accélération laser directe (DLA). Ce processus sert de base fondamentale à de nombreux domaines pionniers, notamment les accélérateurs avancés, les sources de rayonnement à haute énergie-et la science attoseconde.
Cependant, la technologie DLA traditionnelle est depuis longtemps confrontée à un défi majeur : elle repose principalement sur la force pondéromotrice longitudinale des lasers gaussiens pour son pilotage. Pourtant, la force pondéromotrice transversale d’un laser gaussien présente une distribution gaussienne, qui pousse inévitablement les électrons vers l’extérieur. Cela entrave gravement l’accélération stable des électrons et est devenu un problème de « goulot d’étranglement » dans ce domaine.
Pour surmonter ce défi, l’équipe de recherche du SIOM a étendu de manière innovante les champs laser structurés aux expériences d’accélération des électrons. Ils ont utilisé la distribution d'intensité creuse unique et le moment cinétique orbital intrinsèque des lasers Laguerre-gaussiens (LG) pour manipuler avec précision les électrons. Les résultats expérimentaux montrent que les lasers LG à polarisation circulaire -gauchers possèdent un champ électrique longitudinal unique sur l'axe optique. Combiné à l'effet de focalisation transversale, cela forme avec succès une structure d'accélération stable en forme de « bulle de vide ». Cette structure est similaire aux bulles de plasma dans l’accélération classique du champ de sillage, offrant un environnement idéal pour une accélération électronique stable et hautement efficace.
Cette réalisation comble non seulement le vide dans la vérification expérimentale du DLA relativiste LG -piloté par laser, mais améliore également considérablement la stabilité et la collimation du faisceau d'électrons. De plus, le gradient d’accélération dans le champ laser LG est directement proportionnel à l’intensité du laser et est indépendant de l’environnement plasma complexe qui en résulte. Cette caractéristique unique ouvre une toute nouvelle voie pour la création de structures d'accélération compactes à l'échelle micrométrique-, transformant potentiellement le concept d'« accélérateurs compacts » en réalité. Avec une optimisation plus poussée à l'avenir, cette technologie devrait être largement appliquée à la physique ultrarapide, à la science des matériaux et à l'imagerie médicale, stimulant ainsi un développement rapide dans de multiples disciplines.
