（記者張雙虎）中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員李儒新團(tuán)隊(duì)基于上海光機(jī)所新一代超強(qiáng)超短脈沖激光綜合實(shí)驗(yàn)裝置，利用超強(qiáng)超短激光驅(qū)動(dòng)太赫茲波產(chǎn)生毫焦耳級(jí)太赫茲表面波，并采用表面波進(jìn)行電子加速，解決了高能量太赫茲波產(chǎn)生以及自由空間太赫茲波至波導(dǎo)能量耦合效率低等難題。

　　研究人員將太赫茲波的產(chǎn)生、傳輸及耦合集成到波導(dǎo)上，并在波導(dǎo)管中5毫米距離實(shí)現(xiàn)了最高1.1兆電子伏特的能量增益和210兆伏每米的平均加速梯度，較當(dāng)前太赫茲波加速電子能量增益的世界紀(jì)錄提升近一個(gè)量級(jí)，為全光學(xué)集成化電子加速器研究開(kāi)辟了新途徑。相關(guān)研究近日發(fā)表于《自然-光子學(xué)》。

　　利用太赫茲波驅(qū)動(dòng)電子加速作為近10年新興的加速技術(shù)，能夠提供比傳統(tǒng)射頻加速更高的加速梯度，是實(shí)現(xiàn)小型化、低成本加速裝置的可靠途徑之一，有望將加速器的應(yīng)用推廣到包括小型實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院等在內(nèi)的更多應(yīng)用場(chǎng)景。

　　當(dāng)前發(fā)展的太赫茲電子加速基于自由空間的太赫茲源技術(shù)，太赫茲波產(chǎn)生后，經(jīng)收集、傳輸、偏振轉(zhuǎn)換，再聚焦至用于加速電子的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)上，為了盡可能提高波導(dǎo)內(nèi)部的太赫茲加速梯度，需要太赫茲源提供足夠的能量以彌補(bǔ)光路中散射、反射以及模式轉(zhuǎn)換的能量損耗。相比自由空間的太赫茲輻射，束縛于介質(zhì)表面的光學(xué)表面波，如表面等離極化激元，為太赫茲的導(dǎo)引與模式轉(zhuǎn)換提供了全新思路。

　　研究團(tuán)隊(duì)近期發(fā)現(xiàn)了太赫茲表面等離極化激元相干放大機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)高功率表面等離極化激元相干輻射源。圍繞軸對(duì)稱金屬圓柱形波導(dǎo)上的太赫茲表面等離極化激元的索莫菲波屬性等，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將此高功率的太赫茲表面等離極化激元直接與加速波導(dǎo)耦合，實(shí)現(xiàn)了85%的耦合效率，能有效將飛秒激光泵浦金屬圓柱波導(dǎo)產(chǎn)生的毫焦耳級(jí)太赫茲能量與電子束作用，將當(dāng)前國(guó)際上太赫茲波驅(qū)動(dòng)的電子能量增益最好結(jié)果提升了近一個(gè)量級(jí)。

　　未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將基于這一全新方案，進(jìn)一步發(fā)展集成化的全光學(xué)電子加速技術(shù)，并拓展其在小型輻射源及材料檢測(cè)等領(lǐng)域的交叉應(yīng)用。