在光学领域中，携带轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)的光束，即涡旋光，因其独特的相位波前、中空强度分布和空间隔离的轴向场特性，成为研究的热点。在超短超强激光技术中，紧聚焦操作使得涡旋光这种结构光束的结构尺度可在波长量级上进行调控。随着超高功率激光技术的飞速发展，激光聚焦强度不断提升，强涡旋激光的轴向场已可达到相对论强度，从而有望为强激光与等离子体相互作用带来新的变化。

中科大核学院的时银教授长期致力于携带OAM的强涡旋激光与等离子体相互作用的研究。近日，时银课题组在利用光扇结构靶与涡旋光作用加速电子的研究中取得新进展。研究人员通过模拟发现，在光扇(Light fan，类风扇的阶梯状结构)靶中集成纳米丝结构，采用高斯模式激光束与靶相互作用，可以将电子同步注入产生的反射涡旋光中。这种相对论激光器模式变换与电子加速相结合的方式，有望充分利用微纳制造技术(Z Shpilmanet al2025J. Opt.27 015401)，从而降低强涡旋光驱动电子加速实验的复杂性。

图1：光扇结构靶和中心的纳米丝结构(蓝色部分)。绿色的颜色表示平面波正入射时发生的不同相位变化。

模拟中产生的阿秒电子脉冲链在反射涡旋光束的轴向场中直接加速。研究深入分析了反射涡旋光的扭转模式(twist mode)和横向模式(radial mode)，并首次揭露了涡旋光混合模式对于电子加速效果的影响。该项成果不仅对新型紧凑激光粒子加速器和光源带来新的设计思路，所产生的阿秒电子脉冲链也给核物理的研究带来了新的诊断工具，推动了超快科学前沿的发展。

图2：(a)电子密度等值面的3D渲染。(b)横向平面注入阶段部分电子轨迹。(c), (d)纵向平面注入阶段部分电子轨迹。

未来，该研究团队计划在超强超短激光装置上进行实验，推动理论方案的实验验证，进一步优化技术参数，同时深入探索强涡旋光束在产生低发散的多兆电子伏特电子源和惯性约束聚变领域的应用潜力。

该研究成果以“Electron injection and acceleration in a twisted laser driven by the light fan”为题发表在强激光领域知名期刊《High Power Laser Science and Engineering》上。论文的第一作者为中国科大博士研究生汤翔，通讯作者是时银特任教授。该项研究得到了国家自然科学基金委、中科大统筹推进世界一流大学和一流学科建设专项和中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划等项目的支持。

等离子体物理与聚变工程系简介：等离子体物理与聚变工程系(校内编号52系)自2020年成立以来，已成为中国首个专注于等离子体物理与聚变工程教学与研究的系级机构。其前身是成立于1974年的等离子体物理教研室。目前，52系具有应用物理和工程物理两个本科专业，招收物理学(等离子体物理)、核科学技术(核能工程)、能源动力三个专业的研究生。