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相对论皮秒激光照射大尺度等离子体产生强太赫兹脉冲

—— 2015年度光学领域重要成果

导读: 高功率台面化太赫兹光源的缺乏目前仍然是限制太赫兹科学发展的主要瓶颈问题之一。受制于材料的损伤阈值,基于非线性光学晶体光整流等常规方法产生的太赫兹强度一般不是很高。

  高功率台面化太赫兹光源的缺乏目前仍然是限制太赫兹科学发展的主要瓶颈问题之一。受制于材料的损伤阈值,基于非线性光学晶体光整流等常规方法产生的太赫兹强度一般不是很高。而等离子体完全没有损伤问题,是一种产生强太赫兹辐射的优良介质。近年来,基于空气击穿等离子体的双色场方案在国际上备受关注,但受等离子体散焦的影响,在空气中泵浦激光的光强一般低于1015W/cm2。如何利用相对论光强(>1018W/cm2)和等离子体相互作用产生更强的太赫兹,既是强激光科学,也是太赫兹领域一个重要的前沿问题。

  中国科学院物理研究所李玉同研究员和上海交通大学张杰院士/盛政明教授等人组成的研究团队,对强激光-固体靶作用驱动的太赫兹辐射源进行了十余年的研究,近期在实验上不仅实现了国际先进水平的强太赫兹输出,而且还提出了一种全新的太赫兹产生机制。相关研究结果发表在国际学术期刊Physical Review Letters 【114, 255001,2015】上。

  该团队利用相对论皮秒激光与固体靶前大尺度等离子体相互作用,在激光反射方向产生了随激光能量呈非线性增长的太赫兹辐射,并找到了一个最佳的预等离子体状态,获得了单位立体角能量大于200μJ宽带太赫兹辐射。在粒子模拟的基础上,在国际上提出了受激拉曼散射和自调制不稳定性激发的等离子体波通过线性模式转换激发太赫兹波的物理模型,很好地解释了实验结果。该机制可以推广至气体或团簇靶,利用这一方案,有望实现台面化可调谐高重频的强太赫兹辐射源。此外,这种太赫兹辐射也为诊断激光-等离子体相互作用提供了一种全新手段。

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