大能量太赫茲輻射源研究取得重要進展

　　中國科學院物理研究所李玉同研究員和上海交通大學張杰院士/盛政明教授等人組成的研究團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、生物醫(yī)療和國防安全等領(lǐng)域具有重要應用。然而大能量太赫茲輻射源的缺乏嚴重限制了太赫茲技術(shù)的發(fā)展和應用。

　　目前超強激光的峰值功率可達百太瓦甚至拍瓦水平，聚焦光強超過1018W/cm2，進入了相對論范疇(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。

　　中國科學院物理研究所李玉同研究員和上海交通大學張杰院士/盛政明教授等人組成的研究團隊，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。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。

　　該團隊提出的太赫茲輻射產(chǎn)生機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等國外著名學術(shù)期刊和科學媒體對該工作進行了報道。