中科院上海光機所強場激光物理國家重點實驗室在2012年9月11日出版的國際學術期刊《物理評論快報》上發(fā)表的論文[Phys. Rev. Lett. 109,115002 (2012)]中，首次報道了通過強場超快激光驅動固體表面等離子體波產(chǎn)生可控制的準單能電子束發(fā)射及其向靶面法線方向的偏轉效應。論文作者首次提出了激光驅動表面等離子體波鎖相電子發(fā)射的兩步模型，揭示了激光驅動固體表面等離子體波發(fā)射準單能電子束的新物理機制，為未來實現(xiàn)激光操控表面等離子體波電子發(fā)射獲得阿秒電子束脈沖提供了新途徑。
由于在超快電子衍射、激光聚變快點火等方面的潛在應用，利用超強超短激光與固體表面等離子體相互作用產(chǎn)生超熱電子發(fā)射受到廣泛關注和研究。然而，迄今絕大多數(shù)報道的實驗結果顯示超熱電子主要沿靶面和法線之間的方向呈現(xiàn)較大發(fā)散角的錐形發(fā)射，而且由于激光與固體靶相互作用過程對激光強度、激光對比度及等離子體標長的高度依賴性，影響電子發(fā)射特性的物理機制仍有待探索。上海光機所利用高對比度的中等強度（~1017Wcm-2）超短脈沖激光輻照鋁靶，首次觀測到可控制的準單能電子束的發(fā)射及其偏轉效應。實驗發(fā)現(xiàn)該電子束在激光反射方向附近偏靶面法線方向發(fā)射，并在相對于激光反射方向的鏡像位置伴隨電子的排空結構。通過改變激光參數(shù)可以操控電子束的發(fā)射特征如電子束能量、發(fā)射角等。論文作者首次提出了激光驅動表面等離子體波鎖相電子發(fā)射的兩步模型，揭示了準單能電子束發(fā)射及其偏轉效應的物理機制：強場超快激光輻照固體平面靶產(chǎn)生沿靶面?zhèn)鞑サ谋砻娴入x子體波，并建立由入射和反射激光構成的干涉激光場，少數(shù)處于等離子體波波峰的電子由于較高的能量以特定的相位窗口沿激光反射方向從表面等離子體波逃逸進入干涉激光場，然后在激光場有質動力作用下向法線方向發(fā)生偏轉。該理論模型預言表面等離子體波的周期性電子發(fā)射可能產(chǎn)生準單能的阿秒電子束脈沖鏈。
該項研究得到國家自然科學基金、國家863、973計劃等的支持。
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