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超強激光科學卓越創新簡報

(第一百零四期)

2020年5月14日

上海光機所利用超強超短激光驅動產生3毫焦強太赫茲脈沖

  近期,中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在強太赫茲脈沖產生的研究中取得新進展,利用焦耳量級的激光能量實現高轉換效率,產生3mJ的強太赫茲脈沖,并在納米曲率探針尖端獲得了超強太赫茲電場,為太赫茲操控物質狀態等應用提供了嶄新可能。相關研究成果于5月5日在線發表于《光學快報》(Optics Express)。

  強太赫茲能量和場強在物質調控、生物醫學等領域具有重要應用前景。此前,世界上記錄的最高太赫茲能量和場強都來源于激光與等離子體相互作用的渡越輻射或鞘層電子加速過程。但是,受限于過低的能量轉換效率(小于0.1%)和彌散的輻射分布,該方法產生的強太赫茲輻射往往需要極高的激光能量,并且難以收集利用。

  研究團隊繼2017年提出全光驅動的微型波蕩器機制并實現自由電子太赫茲光輻射重大成果之后,進一步利用重頻拍瓦激光分束的700毫焦能量的飛秒激光與金屬絲作用,成功驅動了3mJ的太赫茲脈沖產生,這是亞焦耳激光能量驅動下產生的最強太赫茲脈沖。同時由于金屬絲是太赫茲良好波導,將該機制作用到具有納米曲率的探針上,在曲率為500nm尖端近場得到了90GV/m的徑向偏振超強太赫茲電場,并且尖端曲率的降低還將進一步增強這一場強。由于太赫茲振蕩頻率對應了許多分子的特征能級以及物質的低激發態(如晶格振蕩,載流子碰撞等),超強太赫茲電場為探索這類物理過程提供了新的途徑,其徑向偏振特性也可用于太赫茲電子加速的研究。

  相關工作得到了中國科學院先導B類專項、國家自然科學基金委、上海市科委等項目的支持。(強場激光物理國家重點實驗室供稿)

  原文鏈接

 

圖1(a)實驗裝置;(b)太赫茲譜及時域波形(插圖)

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