来源：中科院之声

    在电磁波谱上，频段介于微波与红外线之间的一种电波——太赫兹（THz），一直以来都是神秘地存在着。太赫兹的曝光率远不如人们用来通讯的无线电波、生活中用的微波、医疗中用的X射线，抑或是让眼睛分辨世界的可见光。但太赫兹一经发现，便被国际研究学者誉为“改变未来世界的十大技术之一”。在成像、医疗、通讯等领域，太赫兹都具有很多现有技术无法比拟的优点。例如：

    安检成像应用：相比现有的X射线安检手段，太赫兹释放的能量很小，是一种更安全的安检技术。

    生物医疗领域：它可直接探测到生物分子的信息，这是其他电磁波无法比拟的。

    通讯领域：太赫兹波介于无线电波和光学波之间，在一定程度上兼具微波通信以及光波通信的优点，即传输速率高、容量大、方向性强、安全性高及穿透性强等。

    然而，太赫兹辐射源的研发却一直成为其推广应用的瓶颈。目前，产生高强度太赫兹辐射最有效的方法是采用传统直线加速器的高能电子通过周期性排布的磁铁构成的波荡器时进行扭摆与调制，最后辐射出高亮度相干辐射。但无论是传统的直线加速器还是由周期性磁铁构成的波荡器都是体积巨大，造价昂贵。发展小型化、低成本的新一代辐射源是科学界一直梦寐以求追逐的重大目标。

    近日，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室徐至展、李儒新、刘建胜等提出并实现了一种微型、瞬态的波荡器方案。利用超强超短激光与金属丝相互作用，在产生高能电子束的同时，巧妙地利用电荷分离效应构建了微型、瞬态的电子波荡器，并基于该全新波荡器方案获得了非线性放大的强THz辐射输出。这一研究成果于2月27日在线发表于Nature Photonics。

    在该项工作中，研究人员提出并实现一种全光驱动的微型波荡器新概念。在该项工作中，研究人员利用一束超强超短激光辐照一根大小相当于头发丝的金属丝靶（直径约50微米，长度约10厘米），通过激光与等离子体相互作用产生定向的高能电子发射，同时基于电荷分离在金属丝上瞬间产生一个极强的径向瞬态电场；该电场导引沿金属丝方向附近发射的大量高能电子沿金属丝传输并进行周期性的螺旋运动——相当于电子束在一台微型波荡器中的螺旋运动。这种运动产生了强THz辐射，转换效率达到1%以上。

    实验中，电子束能量~100 keV，瞬态波荡器周期约650微米；通过改变金属丝的直径可以改变径向电场强度，从而改变波荡器周期，获得了频率可调谐的近单周期宽带THz辐射；通过改变金属丝的长度，首次观测到了THz辐射强度随传输距离的非线性放大效应，放大倍数达到10倍以上。这种强THz辐射源有望在材料的探测研究方面获得重要的应用。

    更重要的是，该项研究中电子束和波荡器都是由同一束激光同时产生，这种波荡器新概念有望进一步拓展，在短波长甚至X射线自由电子激光等领域得到重要应用。

    论文审稿人高度评价了这一成果，指出“该论文不仅阐明了实验产生的THz辐射谱与金属丝直径的依赖性，而且也阐明了THz辐射的起因。该文将会吸引包括激光器、电动力学（THz波）、电子束、波荡器及自由电子激光等领域研究者的兴趣”。“该论文描述了一种产生高能准单周期THz脉冲的新方法。这一概念令人惊叹，是产生THz的一个重要并高效的新方法。”

    作者系中科院相关领域研究人员