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ストラスクライド大学、高強度レーザ光の回折に新展開

January, 13, 2016, Glasgow--物質は、その電子構造に基づいて異なる仕方で光に反応する。これは物質の極限状態、プラズマでも真である。プラズマは、電子の数に基づいて光波を透過またはブロックする。ここでは、電子は光および光波/振動周波数に共同応答する。これが、地球を取り囲む電離層が可視光を通し、電波を反射する理由である。
 光-物質の相互作用のこの簡単な説明は、光が高強度になると大きく変化する。プラズマ電子は加速されると光速に近くなり、アインシュタインの質量-エネルギー同等原理により、プラズマ電子は「重く」なる。重くなったこれらの電子は光に対する反応が十分に速くないので、プラズマは瞬時に透明になる。Paul McKenna教授をリーダーとするストラスクライド大学(University of Strathclyde)の研究チームは、CLF(Central Laser Facility)およびクイーンズ大学ベルファストと共同で、この相対論的に導かれた透過性効果を用いて、通常は不透明なプラズマに瞬間的に「ヘアサイズのピンホール」を作った。そのピンホールからレーザの一部が通過することができる。これは、回折による透過パタンとなる。
 レーザパラメータの変動によってこの回折パタンを変えることで、研究チームは加速された電子ビームの形状をコントロールすることができた。例えばレーザの偏向を変えることで、電子ビームは捻じれ、光速付近で伝搬する電子のスパイラルビームを作ることができる。したがって、薄膜を透過する超高強度レーザの回折を用いて荷電粒子運動を制御することが可能になる。これは、レーザ駆動粒子加速器の開発に利用できる。また、将来におよぶ大きな影響を科学に与えるだけでなく、医学、産業、セキュリティにも影響を及ぼす。このコンセプトを使って導くヘリカル磁場は、宇宙ジェットにおける同様の場構造の研究にも利用できる可能性がある。