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通过太赫兹辐射了解激光加速电子辐射
发布时间:2023-03-02 18:10:54 阅读:312

来源:phys.org;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 杨骐语 编译

加速电子沿激光传播方向连续辐射相干太赫兹辐射,在远场产生宽频太赫兹辐射。
来自:Taegyu Pak, Mohammad Rezaei-Pandari, Sang Beom Kim, Geonwoo Lee, Dae Hee Wi, Calin Ioan Hojbota, Mohammad Mirzaie, Hyeongmun Kim, Jae Hee Sung, Seong Ku Lee, Chul Kang and Ki-Yong Kim

    太赫兹(THz)是位于电磁波谱的微波和红外区域之间的频段,传统技术在产生和探测辐射方面效率低下,而新的太赫兹源和探测器的开发正在迅速填补这一频段的空白。基于激光的太赫兹源由于能够产生相干的、单周期到多周期的宽带(或窄带)辐射而引起了极大的兴趣。

    这种光源还可以提供与驱动激光的自然同步,从而实现超快时间分辨光谱和成像。最近,高功率飞秒激光器已被用于产生强太赫兹辐射,以及探索新的太赫兹驱动现象,如分子对准、谐波产生和电子加速。

    在《光:科学与应用》上发表的一篇新论文中,由马里兰大学帕克学院(College Park)的Ki-Yong Kim教授领导的一个科学家团队开发了一种新的激光脉冲高功率太赫兹辐射模型,该团队也隶属于韩国光州科学技术研究所和基础科学研究所。

    在众多激光源中,激光等离子体源非常适合于产生高功率太赫兹。等离子体已经被电离,因此可以维持高电磁场,当高功率激光脉冲集中到小体积内用于产生能量可扩展的太赫兹时,几乎或根本不担心材料损伤。自Hamster等人的开创性工作以来,激光产生的气体和固体密度等离子体产生相干太赫兹已经得到了广泛的研究。

    在气体中,单色或双色激光产生的等离子体可以通过超快激光驱动电流产生相干宽带太赫兹辐射。在双色激光混合中,使用中红外激光驱动器可将激光到太赫兹的转换效率提高百分之几。高能太赫兹辐射也观察到激光照射,高密度等离子体目标基于液体和固体。最近,通过高能(~60 J)皮秒激光脉冲照射金属箔,观察到数十兆焦耳的太赫兹能量。然而,与气体靶不同的是,高密度靶通常会产生靶碎片和目标重新装填问题,这使得它们不适用于连续或高重复率(>kHz)操作。

    激光尾迹场加速(LWFA)是一种基于气体等离子体的紧凑型电子加速器方案,是宽带电磁辐射的另一种来源。在LWFA中产生的相对论电子束通过相干跃迁辐射(CTR)离开等离子体真空边界时可以发射太赫兹辐射。当束长度大小与发射的太赫兹辐射的波长相比小于时,并且由单个电子产生的太赫兹场在辐射方向上相干地叠加时,就会发生这种情况。

    研究团队在100tw激光驱动的LWFA中观测到多能量太赫兹辐射,能量转换效率为0.15%。发射的太赫兹辐射是径向极化和宽带,可能延伸超过10太赫兹。电子束特性(能量和电荷)与太赫兹输出能量之间的相关性表明,高能(150 MeV)电子不一定产生高功率太赫兹辐射。相反,低能量但高电荷的电子可以产生更强的太赫兹辐射。

    为了解释这一有趣的结果以及多能量太赫兹的产生,研究团队提出了一种相干辐射模型,即电子在激光质动势的作用下加速,随后的等离子尾流场沿激光传播方向连续辐射宽带发射,最终在远场产生相位匹配的锥形太赫兹辐射。然而,这一模型需要更多的后续实验和分析/数值研究来验证或检验,以充分了解LWFA中的太赫兹产生,并为未来的大功率太赫兹应用优化源。  

 
 

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