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首次構建微型瞬態波蕩器新突破

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年06月23日  

當一束超強超短激光打在直徑50微米的金屬絲上,除了產生高能電子束,還會發生什么?上海光機所強場激光物理國家重點實驗室徐至展、李儒新、劉建勝等科研人員,在國際上第一次用瞬態等離子體這一全新介質,構建了一種微型的瞬態電子波蕩器。這一最新研究成果2月27日在線發表于《自然》子刊《自然·光子學》。這是繼去年獲得創紀錄高亮度高品質電子束重大成果之后,該研究團隊在超強超短激光驅動的小型化自由電子激光新概念研究方面取得重大原創突破。

自由電子激光被稱為第四代光源,可以提供從遠紅外到X射線波段的高亮度相干輻射,在物理、化學、材料科學、生命科學等領域具有前所未有的革命性應用價值。傳統的自由電子激光基于射頻加速器產生高能電子束,再利用周期性排布的磁鐵構成的波蕩器對電子束進行扭擺與調制,最后輻射出高亮度相干輻射。無論是射頻電子加速器或由周期性磁鐵構成的電子波蕩器都體積龐大、造價昂貴。發展小型化、低成本的新一代自由電子激光,包括臺式化的波蕩器是科學界一直夢寐以求追逐的重大目標。

所謂波蕩器,通俗地說,就是讓電子像波浪一樣蕩起來。當電子改變運動方向,就會發出光。此次構建的微型波蕩器,周期約650微米,相比周期為幾個厘米的傳統波蕩器,在體積上小了幾十倍。此次實驗通過激光與等離子體相互作用產生定向的高能電子束,同時基于電荷分離在金屬絲上瞬間產生一個極強的徑向瞬態電場,其持續時間非常短暫,僅在幾個皮秒量級(1皮秒等于一萬億分之一秒),從而實現了一種微型、瞬態的波蕩器方案。通過改變金屬絲的長度,還首次觀測到了太赫茲輻射強度隨傳輸距離的非線性放大效應,放大倍數達到10倍以上。這種強太赫茲輻射源有望在材料的探測研究方面獲得重要應用。

該項研究中電子束和波蕩器是由同一束激光同時產生,這種波蕩器新概念有望進一步拓展,在短波長甚至X射線自由電子激光等領域得到重要應用。

論文審稿人高度評價了這一成果,指出“這一概念令人驚嘆”“該文將會吸引包括激光器、電動力學(太赫茲波)、電子束、波蕩器及自由電子激光等領域研究者的興趣。”

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