太瓦级宽谱可调谐太赫兹辐射源 | 进展

太赫兹辐射在电磁频谱中位于红外波和微波之间，具有单光子能量低和谱“指纹性”等独特性质，在材料科学、生物医疗和国防安全等领域有重要应用。现有强太赫兹产生方法虽可达吉瓦峰值功率，但难以实现5~15 THz频段的大范围调谐。中国科学院物理研究所研究团队利用相对论强激光与固体密度等离子体相互作用，通过调控激光加速电子束的时空演化动力学，将太赫兹辐射峰值功率提升至太瓦量级，并实现中心频率在3~20 THz之间的大范围调谐。实验在0.5 PW激光驱动下，通过优化靶厚度，测得太赫兹脉冲能量最高达172毫焦，能量转换效率达1.15%，为目前实验报道最高效率。当金属薄膜靶厚度从5微米增至300微米，中心频率从20 THz调谐至3 THz。太赫兹源峰值功率约2 TW，功率谱密度超0.2 TW/THz，比自由电子激光器高出百余倍。该研究为远离平衡态的选择性物态调控提供了新型泵浦手段。