波長連續(xù)可調(diào)的強(qiáng)場太赫茲（THz）輻射，在前沿科學(xué)研究和技術(shù)領(lǐng)域具有應(yīng)用價值。目前，國際上強(qiáng)場太赫茲輻射產(chǎn)生集中在0.1THz至5THz低頻范圍內(nèi)，如何在5THz至30THz頻段實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)且具高強(qiáng)度輸出的太赫茲輻射，是領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。

此前，為破解5THz至30THz波長連續(xù)可調(diào)強(qiáng)場太赫茲產(chǎn)生的難題，中國科學(xué)院上海高等研究院研究團(tuán)隊發(fā)展了基于拍頻激光操控電子束、利用束流集體效應(yīng)增強(qiáng)微聚束，進(jìn)而產(chǎn)生大范圍連續(xù)可調(diào)強(qiáng)場太赫茲自由電子激光的新方案。同時，團(tuán)隊自主研制出雙周期可切換的高場強(qiáng)電磁扭擺器，為后續(xù)實驗驗證提供了理論支撐與技術(shù)保障。

近期，依托我國光子大科學(xué)設(shè)施——上海軟X射線自由電子激光裝置，團(tuán)隊驗證了上述方案的可行性，并實現(xiàn)了7THz至30THz（波長約10微米至40微米）連續(xù)可調(diào)的國際峰值亮度最高的太赫茲輻射。該源的單脈沖能量達(dá)400微焦，光譜帶寬為7.7%到14.7%，能量抖動低于10%，脈沖長度可在300飛秒至3皮秒之間靈活調(diào)節(jié)，最高重復(fù)頻率達(dá)50Hz。若進(jìn)一步結(jié)合超導(dǎo)連續(xù)波加速器技術(shù)，其重復(fù)頻率有望提升至MHz量級。

這一成果拓展了強(qiáng)場太赫茲輻射的性能邊界，為前沿科學(xué)研究和關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然-光子學(xué)》（Nature Photonics）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊計劃等的支持。

可調(diào)強(qiáng)場太赫茲自由電子激光研究獲進(jìn)展

強(qiáng)場THz輻射產(chǎn)生原理和布局圖