预聚束太赫兹自由电子激光技术原理与设计研究取得进展

在辐射频率可连续调谐的THz源方面，该课题组在其掌握的激光脉冲堆积技术及高品质电子脉冲串产生技术的基础上，通过采用高次谐波增强技术提出了一种紧凑型（全长3米左右）、高功率（MW级脉冲功率）、频率大范围连续可调谐（0.5-5.0 THz）的预聚束THz自由电子激光辐射源方案。该论文发表于Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 2016, DOI :10.1007/s10762-016-0258-9（全文链接：http://link.springer.com/article/10.1007/s10762-016-0258-9）。

图3.预聚束THz自由电子激光辐射源方案图

为克服基于微波电子枪的辐射源在产生低频率（0.5 THz以下）、高重复频率、小型化光源方面的限制，该课题组采用激光脉冲串激发光阴极直流电子枪产生非相对论性电子脉冲串，通过调节电子脉冲重复频率、选择性激发慢波结构的不同高阶模式，并利用非相对论电子束速度可调的特性，提出一种辐射频率0.1-1.0 THz可调的小型化、高重复频率辐射源。该论文发表于Optics Express, 24 (4), 4109, (2016)。（全文链接：https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-24-4-4109&origin=search）

图4.基于直流枪的预聚束辐射源的辐射频率范围及辐射功率

同时，相关研究技术已经申请五项中国发明专利。该课题组正在继续深化相关关键原理和技术的研究，为未来在合肥规划、发展与建设位于低能量区的自由电子激光器大型科学装置提供关键原理和技术储备。