近年来高能量密度物理研究中，万特斯拉量级的强磁场得到越来越多的关注。在惯性约束可控聚变研究中，强磁场成为了新的热点。比如外加强磁场可用于惯性约束聚变研究中的双锥对撞方案。自生磁场或外加磁场对于惯性约束聚变直接驱动方案中热电子的产生和传输都很重要。实验室天体物理中强磁场下的等离子体行为可以重现无碰撞激波、 原恒星射流等天体物理或空间物理现象。可用于重离子癌症治疗的激光驱动离子加速，也能由轴向强磁场而得到改进。
目前，100-10000特斯拉量级的磁场一般通过磁通压缩、强激光驱动电容线圈等方法产生。这些方法各有特点，但实验难度、磁场强度和系统耦合等方面的局限，限制了高能密度物理中强磁场的更广泛研究。与此同时，强激光驱动的等离子体内部本身会产生巨大的磁场。常见的全光产生强磁场的方法是利用圆偏振光激光与低密度等离子相互作用中的逆法拉第效应。该效应直接依赖于等离子体对圆偏振光子的吸收所必须遵守的角动量守恒。
最近，中国科大高能量密度物理研究团队从角动量驱动轴向强磁场生成的思路出发，提出新的多光束涡旋指向的方案。利用4束普通高斯光，在特定的几何指向下，可以将角动量高效地传递给等离子体。其中携带轴向角动量的热电子会形成高强度的旋转电流，从而生成高强度轴向磁场。不同于过去利用圆偏振激光束或涡旋激光束，该团队提议利用4束普通高斯线偏振光束的指向变化来获得角动量。相比高功率激光装置中引入偏振控制技术或波前调控技术，该方案利用kJ/pw激光装置本身的多光束特性，引入得指向控制技术也要更简单经济。激光脉冲能量超过kJ时，单个ps光束需要非常大口径且昂贵的光学器件，特别是用作脉冲压缩的衍射光栅。因而，大部分激光装置都采用单个振荡器产生多路光束，并且分别放大、压缩。这种激光技术上必要的多光束设计，却也提供了研究激光等离子体物理的独特工具。即使对于已有的单光束激光装置，高功率激光的分束技术也不难获得。该工作中，利用4束ps/PW 激光束可以获得1000立方微米、峰值到达10 kT的轴向磁场。该方案有望为双锥对撞点火中的超热电子导引提供新的思路，为强场物理研究提供新的强磁场平台。相关工作被《Physical Review Letters》接受发表，核科学技术学院的时银特任研究员是论文的第一作者和通讯作者。
该工作得到了中科大统筹推进世界一流大学和一流学科建设专项、中科院先导专项和中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划等项目的支持。
多光束驱动产生高强度轴向磁场的示意图
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