大能量太赫茲輻射源研究取得重要進(jìn)展

　　中國科學(xué)院物理研究所李玉同研究員和上海交通大學(xué)張杰院士/盛政明教授等人組成的研究團(tuán)隊利用相對論飛秒激光與固體薄膜靶作用，獲得了大能量相干太赫茲脈沖，并提出了具體的渡越輻射的物理圖像。

　　太赫茲(THz)輻射由于其單光子能量低和譜“指紋性”等獨特優(yōu)勢，在材料科學(xué)、生物醫(yī)療和國防安全等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。然而大能量太赫茲輻射源的缺乏嚴(yán)重限制了太赫茲技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

　　目前超強激光的峰值功率可達(dá)百太瓦甚至拍瓦水平，聚焦光強超過1018W/cm2，進(jìn)入了相對論范疇(電子可被光場加速至接近光速)。利用相對論激光-等離子體相互作用可以有效產(chǎn)生太赫茲脈沖，這為實現(xiàn)強太赫茲輻射提供了一個嶄新平臺。

　　中國科學(xué)院物理研究所李玉同研究員和上海交通大學(xué)張杰院士/盛政明教授等人組成的研究團(tuán)隊，對相對論激光-固體靶相互作用產(chǎn)生太赫茲輻射的新途徑進(jìn)行了十余年的探索，取得了一系列開創(chuàng)性結(jié)果。近期，該團(tuán)隊利用相對論飛秒激光與固體薄膜靶作用，在靶后獲得了單發(fā)能量近400微焦的太赫茲脈沖，這已與傳統(tǒng)大型加速器產(chǎn)生的太赫茲脈沖能量相當(dāng)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Phys. Rev. Lett. [116, 205003 (2016)]上，并被編輯選為Editors’ Suggestion。

　　圖 激光與固體薄膜靶作用在靶后產(chǎn)生太赫茲輻射的示意圖

　　針對實驗結(jié)果，該團(tuán)隊提出了太赫茲輻射產(chǎn)生的一個物理圖像：相對論激光與等離子體相互作用能夠產(chǎn)生大量前向超熱電子，當(dāng)這些電子從靶后表面逃逸到真空中時，便會激發(fā)渡越輻射產(chǎn)生太赫茲脈沖。由于電子束的脈沖時長為幾十飛秒到皮秒量級，因此渡越輻射在太赫茲波段是相干的。

　　該團(tuán)隊實驗研究比較了橫向尺寸、厚度對于金屬靶、金屬-聚乙烯復(fù)合靶等不同靶型的渡越輻射，實驗結(jié)果與上述物理圖像完全一致。

　　該團(tuán)隊提出的太赫茲輻射產(chǎn)生機(jī)制和實驗演示為實現(xiàn)小型化、大能量、寬譜太赫茲輻射源開辟了新的途徑，這一實驗思路也有望發(fā)展成為一種在線診斷激光等離子體相互作用的新方法。

　　這一文章發(fā)表后，Nature Photonics、Physics World等國外著名學(xué)術(shù)期刊和科學(xué)媒體對該工作進(jìn)行了報道。