日本大阪大学激光科学研究所的Alessio Morace助教、德国马克斯·玻恩研究所和俄罗斯圣彼得堡大学组成的国际联合研究小组全球首次证实，同时照射多束激光时出现的干涉图案会增强粒子加速。
研究证明，通过使大阪大学激光科学研究所的LFEX激光器的四条光束向同一点聚光，可以利用光的干涉图案，提高从激光向电子等带电粒子转换时的能量转换效率。此次的成果与通过在目标物表面形成微细凹凸结构来提高光吸收率的传统方法相比，由于干涉图案会自己生成凹凸结构，因此能大幅降低目标物的成本。另外还发现，与建设一台大体积的高强度激光器相比，组合多台通用小型高强度激光器更适合进行粒子加速。此次的成果有助于实现小型、低成本的激光加速器开发。
通过结合多条激光束，能提高激光向电子转换时的能量转换效率，增加产生的电子的能量和个数，因此有望大幅改善激光驱动离子加速和高亮度X射线源的性能。此次的成果为将来开发用于医疗和无损检测等领域的高能激光器提供了新的方向。
此次的研究显示，通过同时向同一点叠加照射多条相干激光束，物质表面会产生光的自干涉图案，其作用与通过微细加工形成的凹凸结构相同。研究发现，由于在激光的照射过程中会持续形成干涉图案，因此激光吸收率能大幅提高。研究小组通过实验观测到，产生的电子的能量和个数均大幅增加。经过模拟确认，如果优化光束之间的角度，效率有望提高至4倍以上。
此次的成果利用了激光干涉这种光特性，研究显示，与照射1束强激光束相比，同时照射多束总能量相同的弱激光束更能提高从激光向等离子体粒子转换时的能量转换效率，可以说是一项划时代的研究成果。
图1：通过多束激光束的干涉效果产生高效率的高能电子。
（a）实验的干涉图案、（b）通过相应的模拟获得的电磁场分布、（c）观测的电子能谱。照射1束激光与照射4束激光的总照射能量相同。
相关研究成果已于7月5日发表在施普林格·自然公司（Springer Nature）发行的综合科学期刊《自然通讯》（Nature Communications）上（https://rdcu.be/bIIgU）。
（日文新闻发布全文）
文：JST客观日本编辑部翻译整理
