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调整特殊光源尺寸,缩小粒子加速器尺寸
发布时间:2022-08-03 17:55:57 阅读:176

来源:美国能源部;太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

太赫兹光脉冲聚焦(绿色)在小型粒子加速器上,为粒子(蓝色球状)提供能量。
当太赫兹脉冲(插入图像)在聚焦目标时,新技术能测量其形状如何变化。
来源:美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)

    美国橡树岭国家实验室的研究人员开发出一种新型技术,可以更好地测量特殊的“太赫兹”光。太赫兹光的波长比超出了人眼感知范围的红外光波长还要长。这项新型的光电采样技术保留了太赫兹光脉冲中位置与时间的相关性,并使研究人员能够测量出太赫兹“光弹”的形状,即聚焦的闪光,其宽度与长度相同。这一研究将有助于研究人员了解如何使用太赫兹脉冲来改进粒子加速器。粒子加速器有助于科学家们研究新材料、蛋白质,甚至是宇宙的组成部分,因此改进的加速器将有助于推进工业、医学与科学研究的发展。

    现代粒子加速器设备的体积可能非常庞大,而太赫兹技术的应用则可能会提供了一条使其小型化的途径。例如,美国能源部的用户设备,一台位于散裂中子源(Spallation Neutron Source)的质子加速器,足足有三个足球场那么长。如果使用太赫兹光,粒子则可以在不触及末端区域长度的情况下,达到相同的能量。这种小型化特点仍然可以帮助设备实现更高的能量,从而用于新的科学发现。当然,这将需要科学家们更加深入地去了解太赫兹光的特性与行为。这种新型测量技术将使未来小型加速器的研发成为可能。

    美国橡树岭国家实验室是散裂中子源(Spallation Neutron Source)用户设备的所在地,该实验室的科学家正在研究如何产生和利用太赫兹光,从而可以让粒子加速器能够应用太赫兹技术。用强激光制造太赫兹光弹是一种很有前途的方法,因为太赫兹能量高度集中,可以产生非常高的加速场。通过开发这种新型测量技术,研究人员发现,当聚焦在其目标上时,太赫兹光将改变其形状,这可能会影响粒子加速器的性能。

    太赫兹光弹之所以会改变形状,是因为它们是由许多太赫兹频率组成,这就类似于白光是由不同的可见频率或颜色光组成。就像白光的颜色可以分离形成彩虹一样,太赫兹光的颜色在聚焦于目标时,也可以彼此分离。如果不加以考虑,这种分离会导致光的形状不完整,并使其集中度降低,从而导致粒子加速度变弱。然而,使用这种新型电光采样方法和建模工具,就可以测量这些缺陷,并将其用于设计新的光学器件上,从而可以校正太赫兹形状。通过巧妙的光学设计,它甚至有可能改善太赫兹的形状并提高粒子加速度。

    这项研究发表于《物理评论A》。

 
 

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