[实用新型]超强激光驱动微通道靶产生涡旋伽马光子束的系统

说明书

本实用新型提供了一种超强激光驱动微通道靶产生涡旋伽马光子束的系统，包括高斯激光发生器、真空靶室、微通道靶和光扇靶；微通道靶及光扇靶设置在所述的真空靶室内。所述高斯激光发生器产生高斯激光，通过真空靶室内激光聚焦装置将高斯激光聚焦并沿微通道靶轴线射入微通道靶；所述光扇靶垂直于微通道靶放置，其厚度随围绕靶轴心的角度的变化而减小或增加，整体呈阶梯状，每级阶梯的远离微通道靶的一面在同一平面上，靠近微通道靶的一面的位置随角度的变化而不同。该系统通过微通道靶及光扇靶的结合，能够在现有激光技术条件下进行实验研究，产生具有空间尺寸小、发散度低、能量高且携带有高轨道角动量的涡旋伽马光子束。

技术领域

本实用新型属于激光与等离子体技术领域，具体涉及超强激光驱动微通道靶产生涡旋伽马光子束的系统。

背景技术

X/γ-射线自从被发现以来就被广泛地应用于很多领域，例如：原子核物理、实验室天体物理、等离子体物理、放射肿瘤学、金属工业等。基于激光等离子体相互作用的γ射线源不同于传统加速器辐射源，具有脉宽短、亮度高和尺寸小的优点，在基础科研、医疗、工业等领域具有重要应用前景。涡旋伽马射线是在实验室条件下探究并模拟如黑洞或中子星等大质量天体不可或缺的工具。同时，通过引入γ光子角动量这一新自由度，为激光等离子体研究提供了新视角，打开了人们认识及操控微观粒子的新方向，有望在皮米和亚飞秒的时空尺度内对微观粒子动力学进行操控，提升对微观粒子动力学的认识。

近年来，关于强激光与等离子体相互作用产生涡旋γ光子束吸引了国内外学者的广泛关注。基于激光等离子体产生涡旋γ光子束的方案先后被提出，2016年，Liu等人提出利用一束圆极化拉盖尔-高斯激光照射薄靶产生携带有轨道角动量的高能γ射线光子束。在相互作用过程中，驱动涡旋激光的自旋角动量和轨道角动量首先传递给电子束，然后通过量子辐射传递给γ射线光子。2018年，朱兴龙等人提出采用一束圆极化拉盖尔-高斯激光脉冲与锥-平面靶相互作用来产生高亮阿秒γ射线脉冲列。在此过程中，涡旋激光的角动量通过非线性康普顿散射传递给γ光子。同时，来自德国海德堡马普所的Chen等人也通过具有涡旋特性的拉盖尔-高斯激光与固体靶相互作用触发高能电子的非线性康普顿散射，获得了涡旋伽马射线。然而绝大多数方案采用激光强度都是在10²¹W/cm²及以上的超强涡旋光作为驱动源，基于目前激光技术的发展，涡旋激光的最高强度仅达到10²⁰W/cm²。因而，上述这些方案在实验实现方面还面临较大困难。此外，现有方法中最终产生涡旋伽马射线的角动量不容易控制和调节。

实用新型内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种超强激光驱动微通道靶产生涡旋伽马光子束的系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种超强激光驱动微通道靶产生涡旋伽马光子束的系统，所述系统包括高斯激光发生器、真空靶室、激光聚焦装置、微通道靶和光扇靶；所述激光聚焦装置、微通道靶和光扇靶均设置在所述真空靶室中；

所述高斯激光发生器用于产生圆极化的高斯激光，所述高斯激光通过真空靶室内的激光聚焦装置将高斯激光聚焦，聚焦后的高斯激光沿所述微通道靶的轴线射入所述微通道靶内，通过所述微通道靶射入光扇靶上；

所述微通道靶为圆筒结构；所述高斯激光的入射光与所述微通道靶的轴线以及所述光扇靶的中心在同一条水平线上，所述微通道靶的轴心与所述光扇靶垂直；

所述光扇靶整体呈阶梯状，所述光扇靶的厚度随围绕光扇靶轴心的角度变化而增大或者减小，每级阶梯远离微通道靶的一面在同一平面上，靠近微通道靶的一面的位置随角度的变化而不同。

进一步的，所述系统还包括用于将经过光扇靶产生的伽马光子束中夹杂的电子偏转并将多余的电子与伽马光子分离的偏转磁铁。

进一步的，所述光扇靶设有n级阶梯，相邻每级阶梯厚度之差为λ/2n，其中，λ为高斯激光的波长，n为正整数且n≥4。