日本大阪大學雷射科學研究所的Alessio Morace助教、德國馬克斯·玻恩研究所和俄羅斯聖彼得堡大學組成的國際聯合研究小組全球首次證實，同時照射多束雷射時出現的干擾圖案會強化粒子加速。
研究證明，透過使大阪大學雷射科學研究所的LFEX雷射的四條光束向同一點聚光，可以利用光的干擾圖案，提高從雷射向電子等帶電粒子轉換時的能量轉換效率。此次的成果與透過在目標物表面形成微細凹凸結構來提高光吸收率的傳統方法相比，由於干擾圖案會自己生成凹凸結構，因此能大幅降低目標物的成本。另外還發現，與建設一臺大體積的高強度雷射相比，組合多臺通用的小型高強度雷射更適合進行粒子加速。此次的成果有助於實施小型、低成本的雷射加速器開發。
透過結合多條雷射束，能提高雷射向電子轉換時的能量轉換效率，增加產生的電子的能量和個數，因此有望大幅改善雷射驅動離子加速和高輝度X射線源的性能。此次的成果爲將來開發用於醫療和NDI等領域的高能雷射提供了新的方向。
此次的研究顯示，透過同時向同一點疊加照射多條相干雷射束，物質表面會產生光的自干擾圖案，其作用與透過微細加工形成的凹凸結構相同。研究發現，由於在雷射的照射程序中會持續形成干擾圖案，因此激光吸收率能大幅提高。研究小組透過實驗觀測到，產生的電子的能量和個數均大幅增加。經過類比應答，如果最適化光束之間的角度，效率有望提高至4倍以上。
此次的成果利用了雷射干擾這種光特性，研究顯示，與照射1束強雷射束相比，同時照射多束總能量相同的弱雷射束更能提高從雷射向電漿粒子轉換時的能量轉換效率，可以說是一項劃時代的研究成果。
圖1：透過多束雷射束的干擾效果產生高效率的高能電子。
（a）實驗的干擾圖案、（b）透過相應的類比獲得的電磁場分佈、（c）觀測的電子能譜。照射1束雷射與照射4束雷射的總照射能量相同。
相關研究成果已於7月5日發表在施普林格·自然公司（Springer Nature）發行的綜合科學期刊《自然通訊》（Nature Communications）上（https://rdcu.be/bIIgU）。
（日文新聞發佈全文）
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
