中国科学家使用强激光取得大能量太赫兹辐射

在国家自然科学基金项目（项目批准号：11520101003）等赞助下，中国科学院物理研讨所/北京凝聚态物理国家试验室（筹）李玉同研讨员与上海交通大学张杰院士、盛政明教授等人构成的研讨团队在使用强激光发生大能量太赫兹辐射方面获得主要开展，有关研讨效果以“Demonstration of Coherent Terahertz Transition Radiationfrom Relativistic Laser-Solid Interactions”（相对论激光-固体相互效果中相干太赫兹渡越辐射的演示）为题于2016年5月20日在Physical Review Letters发表，并被修改选为Editors’ suggestion。论文连接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.205003。

太赫兹(THz)辐射位于中红外和微波辐射之间，因为其单光子能量低和谱“指纹性”等共同优势，在材料科学、生物医疗和国防安全等领域具有主要使用。但是大能量太赫兹辐射源的缺少是约束太赫兹科学开展的要害瓶颈疑问之一。等离子体能够接受恣意光强的泵浦，可以战胜光整流等传统太赫兹发生办法中光学元件的损害疑问。现在世界上根据激光-等离子体相互效果的太赫兹辐射研讨主要会集在双色激光泵浦空气光丝计划，因为等离子体对激光的散焦效应，光丝内光强被钳制在10^15-16W/cm²以下。

超强激光的峰值功率可达百太瓦(10¹²W)乃至拍瓦(10¹⁵W)水平，聚集光强超越10¹⁸W/cm²，进入了相对论领域。为了充分发挥相对论激光的优势，该研讨团队对相对论激光-固体靶相互效果发生太赫兹辐射的新途径进行了十余年的探究，获得了一系列立异性效果。在前期工作中，该团队研讨了靶前的太赫兹辐射，提出了根据小标准预等离子体的靶面超热电子瞬态电流辐射机制[Appl. Phys. Lett. 100, 254101 (2012), Opt. Express 24, 4010 (2016)]以及根据大标准预等离子体的电子等离子体波模式转换机制[Phys. Rev. Lett. 114, 255001 (2015)]，并成功进行了试验演示。

近来，该团队将研讨规模拓宽到了后太赫兹辐射。在相对论飞秒激光与固体薄膜靶效果中，在靶后发生了单发能量近400微焦的太赫兹脉冲，这与大型加快器发生的太赫兹脉冲能量适当。太赫兹辐射发生的物理机制是相对论激光与等离子体相互效果发生很多前向超热电子，这些电子从靶后表面逃逸到真空中时，会激发渡越辐射。因为电子束的脉冲时长为几十飞秒到皮秒量级，所以相干辐射波长在太赫兹波段。研讨人员研讨了小尺度金属靶、金属-聚乙烯(PE)复合靶、聚乙烯靶等不相同靶型的渡越辐射，试验结果验证了这一发生机制。在试验中，研讨人员还一起观测了靶后鞘层场加快发生的离子束特性，发现离子束与太赫兹辐射出现非同步的改变规律，这表明在该试验条件下，太赫兹辐射与离子加快的发生机制并不相同，这与现在世界干流的知道不相同。该团队提出的发生机制和试验演示不仅为完成小型化、大能量、宽谱太赫兹辐射源开辟了新途径，并且有望开展变成一种在线确诊激光等离子体相互效果的新办法。（来源：笔杆网）