基于激光驱动锥-扇靶产生明亮准直涡旋 γ 射线

我们通过数值模拟证明，将强度约为 $10^{22}\rm{W/{cm^2}}$ 的圆偏振激光辐照于锥-扇靶，可获得具有大轨道角动量的明亮准直涡旋 $\gamma$ 射线源。在所研究的装置中，形成了能量为数百 MeV 的电子束与涡旋激光脉冲。进而产生了高质量涡旋 $\gamma$ 射线，其发散角小至 $5^{\circ}$，在 $10\mathrm{MeV}$ 处峰值亮度高约 $\sim5\times10^{22}$ photons ${\rm\cdot s^{-1} \cdot mm^{-2} \cdot mrad^{-2}}$ $0.1\%\mathrm{BW}$。激光的角动量有可观部分转化为电子束与涡旋 $\gamma$ 射线，分别约为 $27.8\%$ 与 $3\%$。而从激光到电子束与涡旋 $\gamma$ 射线的能量转换效率分别约为 $41\%$ 与 $3.8\%$。此外，对不同锥右半径的对比模拟表明，存在一个最优尺寸使 $\gamma$ 射线光子的最高角动量约为 $2.8\times10^6\hbar$。对不同激光模式的对比模拟显示，选用圆偏振激光比拉盖尔-高斯激光更适于产生涡旋 $\gamma$ 射线。