近日，等离子体物理领域国际顶级期刊《Nuclear Fusion》（中科院1区Top期刊）刊登了周沧涛教授团队关于高准直高能量密度质子源的重要研究成果，该成果于2021年4月以“Topological control of laser-driven acceleration structure for producing extremely bright ion beams”为题正式发表。论文的通讯作者为周沧涛教授、阮双琛教授，鞠立宝助理教授和黄太武副教授为共同第一作者，深圳技术大学为第一单位。合作人员包括北京大学乔宾教授、北京应用物理与计算数学研究所朱少平研究员等。

图：（a）超强涡旋激光（绿色）和固体靶（棕色） （b）涡旋激光的电场穿透固体靶在中心产生高亮度准直质子束（中间红色）

激光不仅有自旋角动量，也可以有轨道角动量，通常带有轨道角动量的激光被称为涡旋激光，这种激光因其奇异性及拥有螺旋相位波前等特点被广泛应用于量子纠缠，量子计算，光学通信，超高分辨显微镜，光学微操控（2018年诺贝尔物理学奖）、成像等多个领域。近年来有关涡旋激光的研究发展非常迅速，仅去年就有3项关于涡旋光的研究入选2020年“中国光学十大进展”名单。在之前的研究工作中[Physical Review Research 2, 033145 (2020)]，团队首次提出采用螺旋相位等离子体在激光透射方向产生超强涡旋激光的物理方案。而在激光加速领域，受限于加速场的分布结构，如何获得低能散角的高能离子束一直是重要挑战。在本论文中，我们创新性提出利用超强涡旋激光驱动固体靶的方案以调控离子加速场的拓扑结构，实现产生了超高亮度、超低能散角的高能离子束。研究结果表明涡旋激光在穿透固体薄靶后可有效约束并加速电子，从而在光轴中心附近产生可同时聚焦和加速离子的准静态电场结构，进而实现高能离子束的准直加速。由此获得的高亮度准直离子束，在生物医疗领域、温稠密物质研究、新型聚变点火方案研究、激光聚变内爆动力学超快诊断等方面具有广阔的应用前景。

该研究成果得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金项目、广东省特色创新类项目以及深圳技术大学高层次人才科研启动经费项目的资助与支持。

论文链接为：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/abeed6