太赫茲（THz）是位于電磁波譜的微波和紅外區(qū)域之間的一個(gè)頻段，這個(gè)頻段下傳統(tǒng)技術(shù)在產(chǎn)生和檢測輻射方面效率低下，人們正在通過開發(fā)新的太赫茲源和檢測器來彌補(bǔ)這一缺口�；�于激光的太赫茲源由于能夠產(chǎn)生相干的、單周期到多周期的、寬帶（或窄帶）輻射而備受關(guān)注。

這種源也可以提供與驅(qū)動(dòng)激光的自然同步，允許超快時(shí)間分辨光譜和成像。最近，高功率飛秒激光器被用來產(chǎn)生強(qiáng)大的太赫茲輻射，以及探索新的太赫茲驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)象，如分子排列，諧波生成和分子加速等。

在發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》上的一篇新論文中，由馬里蘭大學(xué)帕克分校的Ki-Yong Kim教授領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家，也隸屬于光州科學(xué)技術(shù)研究所和韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所，開發(fā)了激光脈沖高功率太赫茲發(fā)射的新模型。

在許多基于激光的源中，基于激光等離子體的源很適合于高功率太赫茲的產(chǎn)生。等離子體已經(jīng)被電離，因此可以維持高電磁場，當(dāng)高功率激光脈沖被聚焦到一個(gè)小的體積中用于產(chǎn)生能量可存儲(chǔ)的太赫茲時(shí)，幾乎不需要材料損壞。從激光產(chǎn)生的氣體和固體密度等離子體中產(chǎn)生的相干太赫茲已經(jīng)被廣泛地研究。

在氣體中，單色或雙色激光產(chǎn)生的等離子體可以通過超快的激光驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生相干的寬帶太赫茲輻射。在雙色激光混合中，通過使用中紅外激光驅(qū)動(dòng)器，激光到太赫茲的轉(zhuǎn)換效率提高到百分比水平。最近，從一個(gè)被高能量皮秒激光脈沖照射的金屬箔中觀察到了幾十毫焦耳的太赫茲能量。然而，與氣體靶材不同，高密度的靶材往往會(huì)帶來靶材碎片和靶材重裝的問題，這使得它們不利于用于連續(xù)或高重復(fù)率的操作。

激光尾流場加速器（LWFA）是一種基于氣態(tài)等離子體的緊湊型電子加速器方案，可以產(chǎn)生寬帶電磁輻射。在激光尾流場加速器中產(chǎn)生的相對論性電子束，當(dāng)它通過相干過渡輻射離開等離子體-真空邊界時(shí)，可以發(fā)射出太赫茲輻射。當(dāng)電子束的長度與發(fā)射的太赫茲輻射的波長可比擬或小于輻射波長時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種情況，且單個(gè)電子產(chǎn)生的太赫茲場在輻射方向相干疊加。

激光驅(qū)動(dòng)的電子加速和太赫茲生成示意圖

在實(shí)驗(yàn)中，用10 TW級激光器從激光尾流場加速器中觀察到小于100納焦的太赫茲能量，太赫茲輻射的波形被單次測量，也被利用來診斷電子束本身。然而到目前為止，激光尾流場加速器輸出的太赫茲能量尚未超過微焦水平，人們也沒有研究過太赫茲能量的擴(kuò)展。

為了解釋這一有趣的結(jié)果以及多mJ THz的產(chǎn)生，研究小組提出了一個(gè)相干輻射模型，其中由激光思考動(dòng)勢加速的電子和隨后的等離子體尾流場沿激光傳播方向連續(xù)輻射寬帶發(fā)射，最終產(chǎn)生相位匹配的錐形太赫茲輻射 在遠(yuǎn)處的田野。然而，該模型需要通過更多的后續(xù)實(shí)驗(yàn)和分析/數(shù)值研究來驗(yàn)證或檢查，以便充分了解LWFA中太赫茲的產(chǎn)生，并為未來的高功率太赫茲應(yīng)用優(yōu)化來源。

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