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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(duì)利用相對(duì)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(dú)特優(yōu)勢(shì)，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(qiáng)激光的峰值功率可達(dá)百太瓦甚至拍瓦水平，聚焦光強(qiáng)超過1018W/cm2，進(jìn)入了相對(duì)論范疇(電子可被光場(chǎng)加速至接近光速)。利用相對(duì)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(shí)現(xiàn)強(qiáng)太赫茲輻射提供了一個(gè)嶄新平臺(tái)。
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(duì)，對(duì)相對(duì)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(duì)利用相對(duì)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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)提出了太赫茲輻射產(chǎn)生的一個(gè)物理圖像：相對(duì)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(shí)，便會(huì)激發(fā)渡越輻射產(chǎn)生太赫茲脈沖。由于電子束的脈沖時(shí)長(zhǎng)為幾十飛秒到皮秒量級(jí)，因此渡越輻射在太赫茲波段是相干的。
該團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)研究比較了橫向尺寸、厚度對(duì)于金屬靶、金屬-聚乙烯復(fù)合靶等不同靶型的渡越輻射，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與上述物理圖像完全一致。
該團(tuán)隊(duì)提出的太赫茲輻射產(chǎn)生機(jī)制和實(shí)驗(yàn)演示為實(shí)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(shí)驗(yàn)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(duì)該工作進(jìn)行了報(bào)道。
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