Когерентное управление динамикой релятивистских электронов в плазменной нанофотонике
Институт фундаментальных исследований Тата в Мумбаи в сотрудничестве с Австралийским национальным университетом в Канберре продемонстрировал новый способ управления лучом релятивистских электронных импульсов, создаваемых фемтосекундным лазером сверхвысокой интенсивности. Исследование опубликовано в журнале Laser and Photonics Reviews. Используя твердое тело с поверхностью, украшенной наностолбиками, авторы этой новаторской работы управляют электронами импульсами энергии МэВ и направляют их узкими лучами, регулируя угол падения лазера. Наноструктура усиливает локальные электрические поля, обеспечивая более высокое ускорение, чем плоские поверхности, а разумный выбор угла падения и расстояния может направить электронные импульсы в желаемом направлении. Моделирование показывает, что электронные импульсы имеют аттосекундную длительность.
Интенсивный фемтосекундный лазерный импульс, сфокусированный на наноструктурированной упорядоченной «столбчатой» мишени, возбуждает пучки ультракоротких электронных импульсов с энергией МэВ. Это подчеркивает роль таких структурированных поверхностей для управления релятивистскими электронами.
Высокоинтенсивные фемтосекундные лазерные импульсы разгоняют электроны до очень высоких энергий, достигающих миллионов и миллиардов электронвольт, на масштабах, которые в 100–1000 раз короче, чем длины обычных ускорителей, что обещает революцию в компактификации и управлении. Большая часть этого прогресса была достигнута с использованием газообразных плазменных мишеней, а излучение электронов обычно происходит в направлении самого лазера.
Поэтому крайне важно найти способы получать электроны с большими потоками, скажем, используя твердую мишень, одновременно контролируя их направленность. Для плоских твердых тел направление падения лазера и поляризация контролируют энергию и направление испускания электронов. Лучи имеют довольно широкий угловой разброс, который становится еще шире при более высоких интенсивностях лазера. Изменение их направления или формирование узкого луча — чрезвычайно сложная задача.
Используя твердое тело с поверхностью, украшенной наностолбиками, авторы этой новаторской работы управляют электронами импульсами энергии МэВ и направляют их узкими лучами, регулируя угол падения лазера. Наноструктура усиливает локальные электрические поля, обеспечивая более высокое ускорение, чем плоские поверхности, а разумный выбор угла падения и расстояния может направить электронные импульсы в желаемом направлении. Моделирование показывает, что электронные импульсы имеют аттосекундную длительность.
Упорядоченные наноступени могут не только дать мощный толчок электронам, но и плотно сгруппировать их во времени и заставить двигаться в определенных направлениях. Авторы называют это "плазменной нанофотоникой", проводя аналогию с решеткой правильно расположенных антенн, излучающих направленное когерентное электромагнитное излучение.
