상해광기는 국제적으로 처음으로 초강력 와선 레이저 전자의 직접 가속 실험의 중대한 돌파를 실현했다

최근 중국과학원 상하이광학정밀기계연구소 초강력 레이저 과학 및 기술 전국 중점 실험실 연구팀은 국제적으로 처음으로 실험을 통해 상대성 이론인 라게르-가우스 (LG) 레이저를 이용한 직접 레이저 가속 (DLA) 의 타당성을 검증하여 안정적이고 낮은 발사도, 높은 준직의 초속도 전자빔을 생성하는 데 성공했다.이 진전은 전통적인 고스 레이저 직접 가속 기술의 핵심 병목 현상을 돌파하여 초소형 입자 가속기, 고에너지 복사원 등 첨단 응용 분야의 반복 발전을 위해 새로운 경로를 개척했다.관련 성과는'Experimental Demonstration of Directionaland Collimated Electron Acceleration with Hollow Laguerre – Gaussian Lasers'라는 제목으로 Physical Review Letters 137, 025001(2026)에 발표됐다.

초강력 초속 레이저 기술의 급속한 반복에 따라 레이저 강도는 상대성 이론 수준 (강도 > 10¹ W/cm²) 에 진입했습니다.이런 극단적인 물리조건하에서 물질은 철저히 이온화되여 전자와 이온으로 구성된 플라스마를 형성하게 된다.그 중, 품질이 매우 가벼운 전자는 레이저 전장에 의해 직접 가속될 수 있는데, 이 과정은 직접 레이저 가속 (DLA) 이라고 불리며, 첨단 가속기, 고에너지 복사원, 레이저 빠른 점화, 아초 과학 등 많은 첨단 분야의 핵심 기초이며, 그 기술 돌파는 여러 학과의 발전 과정과 직접적으로 관계된다.

그러나 오랫동안 전통적인 DLA 기술은 주로 고스 레이저의 세로 유질 동력에 의해 구동되는 핵심 난제에 시달려 왔다. 그러나 고스 레이저의 가로 유질 동력은 고스 분포를 띠고 있어 불가피하게 전자를 측면으로 배척하고 전자의 안정적인 가속을 심각하게 저해하며 DLA 기술이 실험실에서 실제 응용으로 나아가는 발걸음을 크게 제한해 관련 분야를 괴롭히는'목막힘'문제가 되고 있다.

연구진은 전기 초강력 LG 레이저 생성과 구동 가속 연구를 바탕으로 구조화 레이저장을 전자 가속 실험 분야로 혁신적으로 확장했다.그 중 라게르-가우스 (LG) 레이저는 독특한 중공 강도 분포와 내재 궤도 각동량 (OAM) 으로 전자의 정확한 조종에 전례없는 가능성을 제공하여 기술 병목 현상을 돌파하는 관건이 되었다.

실험 결과에 따르면 좌회전원 편광 LG 레이저는 광축에 독특한 수직 전장을 가지고 있으며 가로장 집속 효과와 결합하여 안정적인"진공 공포"가속 구조를 형성하고 있다. 이 구조는 고전 미파장 가속 중의 플라즈마 공포 구조와 유사하여 전자의 안정적이고 효율적인 가속에 절호의 환경을 제공한다.

이 성과는 상대성 이론인 LG 레이저 구동 DLA 실험 검증의 공백을 메웠을 뿐만 아니라 기존 레이저 가속 기술의 성능 병목 현상을 돌파하고 전자빔의 안정성과 정확성을 대폭 향상시켜 레이저 가속 기술의 업그레이드 반복에 튼튼한 기초를 다졌다.또한 LG 레이저장 내 가속 사다리는 레이저 강도에 정비례해 후속 단계의 복잡한 플라즈마 환경과 무관하며, 이 특성은 마이크로미터급 마이크로 가속 구조를 만드는 데 새로운 길을 열어'미니 가속기'가 개념에서 현실로 나아갈 수 있을 것으로 기대된다.앞으로 기술이 진일보 최적화됨에 따라 이 기술은 초쾌속물리, 재료과학, 의학영상 등 여러 분야에 널리 응용되여 관련 학과의 도약식발전을 추동할수 있다.

참조:상해광기는 국제적으로 처음으로 초강력 와선 레이저 전자의 직접 가속 실험의 중대한 돌파를 실현했다상해광학정밀기계연구소 [인용: 2026년 7월 8일]