伽馬光束可以攜帶軌道角動量(OAM），並且可以通過超相對論拉蓋爾-高斯（LG）鐳射驅動產生，然而目前的鐳射技術很難獲得超強LG鐳射。近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場鐳射物理國家重點實驗室揭示一種通過超強鐳射驅動的微結構靶獲得攜帶軌道角動量MeV伽馬射線束的新方案。相關成果發表於[Scientific Reports 9: 18780 (2019)]。

研究團隊在模擬中發現，當超強圓偏振（CP）高斯光與微通道靶相互作用時，位於通道壁上的電子將被拉入鐳射場中，並經過鐳射直接加速至高能。這些電子與驅動鐳射共同傳播時，由於電子速度略小於光速，其位於鐳射場的相位逐漸延遲。在新的相位上，電子感受到的CP鐳射電場方向與較早時刻的有所不同。這種變化導致電子具有切向的動量，所有電子束整體上表現為攜帶巨集觀OAM。鐳射脈衝到達通道後端的平面靶時將被反射，而高能電子束則與從平面靶反射的鐳射脈衝對撞，激發逆康普頓散射（ICS）過程，輻射出具有OAM的高能伽馬光束。

進一步研究表明，光子攜帶的OAM來自參與ICS過程的電子與鐳射。通過移除反射平面靶，讓另一束同向旋轉或反向旋轉的鐳射與電子碰撞進行對比，研究人員發現，伽馬光束的OAM大約一半來自電子束，另一半來自散射鐳射。該方案結合了常用的CP高斯鐳射與新穎的微納結構，符合目前大多數高功率鐳射裝置條件，有望對鐳射驅動產生新型伽瑪射線源的物理實驗提供了切實可行的參考和指導。

圖1 微通道靶與鐳射相互作用示意圖

圖2 （a）（b）分別為圓偏、線偏入射光情況下通道截面處電子密度分佈圖；（c）-（e）圓偏入射光情況下高能電子軌跡圖、動量分佈圖及鐳射示意圖；（f）-（h）線偏入射光情況下高能電子軌跡圖、動量分佈圖及鐳射示意圖。