（記者張雙虎）中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所研究員李儒新團隊基于上海光機所新一代超強超短脈沖激光綜合實(shí)驗裝置，利用超強超短激光驅動(dòng)太赫茲波產(chǎn)生毫焦耳級太赫茲表面波，并采用表面波進(jìn)行電子加速，解決了高能量太赫茲波產(chǎn)生以及自由空間太赫茲波至波導能量耦合效率低等難題。
研究人員將太赫茲波的產(chǎn)生、傳輸及耦合集成到波導上，并在波導管中5毫米距離實(shí)現了最高1.1兆電子伏特的能量增益和210兆伏每米的平均加速梯度，較當前太赫茲波加速電子能量增益的世界紀錄提升近一個(gè)量級，為全光學(xué)集成化電子加速器研究開(kāi)辟了新途徑。相關(guān)研究近日發(fā)表于《自然-光子學(xué)》。
利用太赫茲波驅動(dòng)電子加速作為近10年新興的加速技術(shù)，能夠提供比傳統射頻加速更高的加速梯度，是實(shí)現小型化、低成本加速裝置的可靠途徑之一，有望將加速器的應用推廣到包括小型實(shí)驗室、醫院等在內的更多應用場(chǎng)景。
當前發(fā)展的太赫茲電子加速基于自由空間的太赫茲源技術(shù)，太赫茲波產(chǎn)生后，經(jīng)收集、傳輸、偏振轉換，再聚焦至用于加速電子的波導結構。實(shí)驗上，為了盡可能提高波導內部的太赫茲加速梯度，需要太赫茲源提供足夠的能量以彌補光路中散射、反射以及模式轉換的能量損耗。相比自由空間的太赫茲輻射，束縛于介質(zhì)表面的光學(xué)表面波，如表面等離極化激元，為太赫茲的導引與模式轉換提供了全新思路。
研究團隊近期發(fā)現了太赫茲表面等離極化激元相干放大機制，能夠實(shí)現高功率表面等離極化激元相干輻射源。圍繞軸對稱(chēng)金屬圓柱形波導上的太赫茲表面等離極化激元的索莫菲波屬性等，研究團隊進(jìn)一步將此高功率的太赫茲表面等離極化激元直接與加速波導耦合，實(shí)現了85%的耦合效率，能有效將飛秒激光泵浦金屬圓柱波導產(chǎn)生的毫焦耳級太赫茲能量與電子束作用，將當前國際上太赫茲波驅動(dòng)的電子能量增益最好結果提升了近一個(gè)量級。
未來(lái)，團隊將基于這一全新方案，進(jìn)一步發(fā)展集成化的全光學(xué)電子加速技術(shù)，并拓展其在小型輻射源及材料檢測等領(lǐng)域的交叉應用。
