With the rapid iteration of ultra-intense femtosecond laser technology, laser intensities have entered the relativistic regime (>10¹⁸ W/cm²). Za takýchto extrémnych fyzikálnych podmienok sa hmota úplne ionizuje na plazmu a extrémne ľahké elektróny môžu byť priamo urýchľované elektrickým poľom lasera-proces známy ako Direct Laser Acceleration (DLA). Tento proces slúži ako základný základ pre mnohé hraničné oblasti vrátane pokročilých urýchľovačov, vysoko{4}}energetických zdrojov žiarenia a attosekundovej vedy.
Tradičná technológia DLA je však už dlho sužovaná hlavnou výzvou: pri riadení sa primárne spolieha na pozdĺžnu poneromotorickú silu Gaussových laserov. Priečna podromotorická sila Gaussovho lasera však vykazuje Gaussovu distribúciu, ktorá nevyhnutne tlačí elektróny smerom von. To vážne bráni stabilnej akcelerácii elektrónov a stalo sa „úzkym“ problémom v tejto oblasti.
Na prekonanie tejto výzvy výskumný tím SIOM inovatívne rozšíril štruktúrované laserové polia na experimenty s elektrónovým zrýchlením. Na presnú manipuláciu s elektrónmi využili jedinečné rozloženie dutej intenzity a vlastný orbitálny moment hybnosti Laguerre{1}}Gaussových (LG) laserov. Experimentálne výsledky ukazujú, že kruhovo polarizované ľavotočivé lasery LG majú jedinečné pozdĺžne elektrické pole na optickej osi. V kombinácii s efektom priečneho zaostrovania to úspešne tvorí stabilnú akceleračnú štruktúru „vákuovej bubliny“. Táto štruktúra je podobná plazmovým bublinám pri klasickom urýchľovaní bdelého poľa a poskytuje ideálne prostredie pre stabilné a vysoko účinné zrýchlenie elektrónov.
Tento úspech nielenže vypĺňa medzeru v experimentálnom overovaní relativistickej LG laserom-riadenej DLA, ale tiež výrazne zvyšuje stabilitu a kolimáciu elektrónového lúča. Okrem toho je gradient zrýchlenia v laserovom poli LG priamo úmerný intenzite lasera a je nezávislý od následného komplexného prostredia plazmy. Táto jedinečná charakteristika otvára úplne novú cestu vytváraniu mikrometrových-kompaktných akceleračných štruktúr, čím sa koncept „kompaktných urýchľovačov“ môže stať realitou. S ďalšou optimalizáciou v budúcnosti sa očakáva, že táto technológia bude široko používaná v ultrarýchlej fyzike, materiálovej vede a medicínskom zobrazovaní, čo poháňa skokový vývoj vo viacerých disciplínach.
