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0431-81702023
光学工程
预聚束太赫兹自由电子激光技术原理与设计研究取得进展

太赫兹(THz)电磁波介于毫米波与红外光之间,是一个尚未被完全认知和利用的频段。太赫兹科学技术在近二十年中得到了迅猛发展,在应用领域的研究也正在广泛开展之中。但由于缺乏合适的THz光源,尤其是单色大频率范围可调谐的THz激光光源,制约了相关研究方向的发展。 

THz光可基于激光技术、电子辐射等而产生。在光学领域,THz量子级联激光器近年得到了迅猛发展,但其功率,根据频率不同,限制在百微瓦至瓦量级,这类半导体激光器具有非常有限的调谐范围,同时其所需的低温运行环境也是限制其广泛应用的因素之一。基于加速器的THz电子辐射源具备高功率的特点,但其装置规模庞大、造价高昂,难以普及。发展紧凑型,甚至便携式,同时具备高功率、大频率范围可调特点的THz辐射源是相关研究方向的重要前沿,但目前国际上这个方向的进展缓慢。 

自2015年中期以来,在陆亚林教授领导下,成立了国家同步辐射实验室“先进THz技术课题组”,该课题组结合国家同步辐射实验室的技术特长,集中实验室关键技术力量,充分发挥团队作用,围绕“紧凑型THz电子辐射源”这一主题,开展理论研究及关键技术发展,并在近期取得了系列研究进展。 

在连续波THz辐射方面,该课题组利用其发现的特异Smith-Purcell效应,提高电子束与辐射之间的能量转换效率,进而提出了一种可基于成熟电子源技术来产生W量级辐射功率、频率可到1.5 THz的奥罗管辐射源方案。该论文发表于Applied physics letters, 108, 183510, (2016)(全文链接:http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/108/18/10.1063/1.4949015),该光源具备低成本、便携式的特点。


图1.THz奥罗管方案示意图及辐射功率

为得到更高功率的连续波THz辐射源,该课题组提出一种THz尾场辐射自由电子激光谐波产生技术,可基于技术成熟的、可移动的高压直流电子枪产生kW量级的THz辐射源。该论文发表于Optics letters, 46 (11), 2458, (2016)(全文链接:

https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-41-11-2458&origin=search)。


图2.THz尾场辐射的纵向电场及辐射频谱