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飞秒强激光驱动金属丝波导螺旋波荡器产生强太赫兹辐射

作者:亚博手机版 时间:2021-09-10 11:06
本文摘要:在电磁波序上,介于微波与红外之间的一个频段——太赫兹频段,仍然以来都戴着一层谜样的面纱。太赫兹波在公众间的曝光率颇高人们通讯用的无线电波,生活中用的微波,医疗中用的X射线,以及让眼睛辨别世界的红外线。但太赫兹电磁辐射日后找到,之后被国际研究学者被誉为“转变未来世界的十大技术之一”。 太赫兹电磁辐射需要有效地解决其他波段在光学、医疗、通讯等应用领域不存在的一些短板,具备现有技术无法替代的一些优点。

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在电磁波序上,介于微波与红外之间的一个频段——太赫兹频段,仍然以来都戴着一层谜样的面纱。太赫兹波在公众间的曝光率颇高人们通讯用的无线电波,生活中用的微波,医疗中用的X射线,以及让眼睛辨别世界的红外线。但太赫兹电磁辐射日后找到,之后被国际研究学者被誉为“转变未来世界的十大技术之一”。

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太赫兹电磁辐射需要有效地解决其他波段在光学、医疗、通讯等应用领域不存在的一些短板,具备现有技术无法替代的一些优点。然而,目前太赫兹波的推广应用仅存在不少瓶颈,其中之一乃是难以获得强劲的太赫兹辐射源。目前,产生强劲太赫兹电磁辐射最有效地的方法是利用传统加速器中的高能电子束在周期性化学键的磁铁包含的波荡器中展开扭摆与调制,产生高亮度的相干性电磁辐射。

但传统的直线加速器和电子储存的环装置体积大,耗资便宜,发展小型化新一代辐射源仍然是科学界梦寐以求的奋斗目标。近日,中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室明确提出飞秒激光驱动金属丝波导螺旋波荡器新概念,与南开大学现代光学研究所合作积极开展实验,首次利用这一全新的波荡器方案构建了强THz电磁辐射输入。

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该研究成果于近期公开发表在NaturePhotonics[11,242-246(2017)]上。实验中,利用一束亚太瓦级飞秒强劲激光电离辐射与头发丝直径非常的金属丝靶,通过激光等离子体的强劲相互作用产生定向的高能电子升空,由于电荷分离出来效应,在金属丝上瞬间产生一个极强的径向瞬态电场;沿金属丝方向升空的大量高能电子在径向电场的起到下被制导,沿金属丝传输并展开周期性螺旋运动——相等于电子束在一微型波荡器中的螺旋运动,同时取得了非线性缩放的强劲THz电磁辐射输入,切换效率超过1%以上,如图1右图。

图1飞秒强劲激光驱动金属丝波导螺旋波荡器产生强劲太赫兹电磁辐射在该项工作中,电子束能量大约100keV,波荡器周期大约650μm。研究人员通过转变金属丝的直径来转变径向电场的强度,从而转变波荡器周期,取得了频率可回声的强劲太赫兹电磁辐射;通过转变金属丝的长度,首次观测到了太赫兹辐射强度随传输距离的缩放效应,缩放倍数超过10倍以上。

该研究构建的这种仅有光驱动的微型波荡器是一种新型波荡器,电子束和波荡器都是由同一束激光同时产生,该波荡器未来将会更进一步扩展,在强劲THz电磁辐射、新型光源及自由电子激光等涉及领域获得广泛应用。论文校对专家指出“该论文叙述了一种产生高能准单周期THz脉冲的新方法”,同时认为“这一研究将不会更有还包括激光器、电动力学(THz波)、电子束、波荡器及自由电子激光等领域研究者的兴趣”。


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