При направлении сверхмощного лазерного излучения на металлическую фольгу создаётся электронная плазма, которая колеблется синхронно с электрическим полем лазера. Если вектор волны лазера, параллельный поверхности, имеет определённое значение, зависящее от свойств металла, это взаимодействие становится резонансным. Тогда коллективные колебания формируют поверхностную плазмонную волну (СПВ), которая распространяется по поверхности фольги.
СПВ можно использовать для ускорения заряженных частиц и генерации световых импульсов на частотах, кратных начальной частоте лазера. Однако до сих пор для возбуждения СПВ требовалось нанесение наноскопической дифракционной решётки на фольгу, что было сложным и дорогостоящим процессом, а также приводило к потерям энергии.
Теперь Адриан Маккей из Университета Квинса в Белфасте (Великобритания) и его коллеги продемонстрировали генерацию СПВ без использования решёток или других компонентов [1].
Демонстрация команды последовала за теоретическим предложением 2021 года [2], в котором лазерный луч направлялся на край фольги, а не под углом, как это обычно бывает. В этой геометрии вектор волны лазера параллелен поверхности фольги, что упрощает согласование фаз между электрическим полем лазера и электронными колебаниями.
Соответственно, электроны, возбуждённые лазером и впрыснутые в СПВ на переднем крае фольги, были ускорены до очень высоких энергий, выходя из задней части фольги в виде коллимированного пучка с энергией более 100 МэВ. Команда также обнаружила, что этот процесс ускорения усиливается естественными поверхностными загрязнениями, которые расширяют зону действия СПВ.
Далее Маккей и его коллеги намерены разработать методику для ускорения протонов, для чего изначально и была предложена геометрия «ребром к лучу».
Примечания:
1. Marric Stephens — ответственный редактор журнала Physics Magazine, базируется в Бристоле, Великобритания.
[1] — ссылка на источник.
[2] — ссылка на источник.
[1]: #c1
[2]: #c2