在光學領域中，攜帶軌道角動量(orbital angular momentum，OAM)的光束，即渦旋光，因其獨特的相位波前、中空強度分布和空間隔離的軸向場特性，成為研究的熱點。在超短超強激光技術中，緊聚焦操作使得渦旋光這種結構光束的結構尺度可在波長量級上進行調控。隨著超高功率激光技術的飛速發展，激光聚焦強度不斷提升，強渦旋激光的軸向場已可達到相對論強度，從而有望為強激光與等離子體相互作用帶來新的變化。

中科大核學院的時銀教授長期致力于攜帶OAM的強渦旋激光與等離子體相互作用的研究。近日，時銀課題組在利用光扇結構靶與渦旋光作用加速電子的研究中取得新進展。研究人員通過模擬發現，在光扇(Light fan，類風扇的階梯狀結構)靶中集成納米絲結構，采用高斯模式激光束與靶相互作用，可以將電子同步注入產生的反射渦旋光中。這種相對論激光器模式變換與電子加速相結合的方式，有望充分利用微納制造技術(Z Shpilmanet al2025J. Opt.27 015401)，從而降低強渦旋光驅動電子加速實驗的復雜性。

圖1：光扇結構靶和中心的納米絲結構(藍色部分)。綠色的顏色表示平面波正入射時發生的不同相位變化。

模擬中產生的阿秒電子脈沖鏈在反射渦旋光束的軸向場中直接加速。研究深入分析了反射渦旋光的扭轉模式(twist mode)和橫向模式(radial mode)，并首次揭露了渦旋光混合模式對于電子加速效果的影響。該項成果不僅對新型緊湊激光粒子加速器和光源帶來新的設計思路，所產生的阿秒電子脈沖鏈也給核物理的研究帶來了新的診斷工具，推動了超快科學前沿的發展。

圖2：(a)電子密度等值面的3D渲染。(b)橫向平面注入階段部分電子軌跡。(c), (d)縱向平面注入階段部分電子軌跡。

未來，該研究團隊計劃在超強超短激光裝置上進行實驗，推動理論方案的實驗驗證，進一步優化技術參數，同時深入探索強渦旋光束在產生低發散的多兆電子伏特電子源和慣性約束聚變領域的應用潛力。

該研究成果以“Electron injection and acceleration in a twisted laser driven by the light fan”為題發表在強激光領域知名期刊《High Power Laser Science and Engineering》上。論文的第一作者為中國科大博士研究生湯翔，通訊作者是時銀特任教授。該項研究得到了國家自然科學基金委、中科大統籌推進世界一流大學和一流學科建設專項和中科院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃等項目的支持。

等離子體物理與聚變工程系簡介：等離子體物理與聚變工程系(校內編號52系)自2020年成立以來，已成為中國首個專注于等離子體物理與聚變工程教學與研究的系級機構。其前身是成立于1974年的等離子體物理教研室。目前，52系具有應用物理和工程物理兩個本科專業，招收物理學(等離子體物理)、核科學技術(核能工程)、能源動力三個專業的研究生。