近期，由馬里蘭大學帕克學院、韓國光州科學技術研究所（GIST）和韓國基礎科學研究所（KBSI）組成的的研究小組開發了一種激光脈沖的高功率太赫茲發射的新模型。這項研究成果發表在《光科學與應用》（Light Science ＆ Application）雜志上。

基于激光的太赫茲源能夠產生相干、單周期到多周期和寬帶（或窄帶）輻射，從而能夠在各領域發揮應用價值。此外，這種光源可以提供與驅動激光的自然同步，實現超快時間分辨光譜和成像。

正是憑借這些特性和優勢，近年來高功率飛秒激光器已被用于產生強大的太赫茲輻射，并用于研究新的太赫茲驅動現象，如諧波產生、分子對準和電子加速。

而在眾多激光源中，激光等離子體源又是適合于產生高功率太赫茲的。等離子體被電離后可以維持高電磁場，因此基本不用擔心材料受到損傷。同時，高功率激光脈沖被集中到一個小體積的范圍內，用于能量可擴展的太赫茲產生。

由于新的太赫茲源和探測器的發展迅速增加，“太赫茲差距”（Terahertz Gap）正在迅速縮小。并且至今，激光產生的氣體和固體密度等離子體產生的相干太赫茲已經得到了廣泛的分析。

在氣體中，單色或雙色激光產生的等離子體可以通過超快激光驅動電流產生相干寬帶太赫茲輻射。而在雙色激光混合方面，利用中紅外激光驅動器，激光到太赫茲的轉換效率達到了百分之幾。此外，研究已發現高能太赫茲輻射來自激光照射的高密度等離子體目標，這取決于這些目標是固體還是液體。

近年來，科學家們還利用高能（～60 J）皮秒激光脈沖照射金屬箔，并從中發現了幾十兆焦耳的太赫茲能量。與氣體靶相反，高密度靶通常會產生目標重新裝填和目標碎片問題，這就使其更不適用于恒定或高重復率（＞kHz）操作。

激光尾跡場加速（LWFA）是一種基于氣體等離子體的緊湊電子加速器方案，是寬帶電磁輻射的另一個來源。在激光尾跡場加速（LWFA）中產生的相對論性電子束在離開等離子體－真空邊界時通過相干躍遷輻射（CTR）釋放太赫茲輻射。

當電子束長度大小與發射的太赫茲輻射的波長相當或更窄更短時，就會發生這種情況，并且由獨立電子產生的太赫茲場以連貫的方式在輻射方向上疊加。

在實驗中，上述研究小組觀察到了100TW激光驅動的激光尾跡場加速（LWFA）的多mJ太赫茲輻射，能量轉換效率為0．15％。發射的太赫茲輻射已經徑向極化和寬頻，因此可能擴展到10太赫茲以上。

電子束特性（能量和電荷）與太赫茲輸出能量之間的相關性表明，高能（＞150 MeV）電子本質上不會產生高功率太赫茲輻射。相反，低能量但高電荷的電子可以產生更強的太赫茲輻射。

為了用多mJ太赫茲產生共同描述這一結果，研究小組提出了相干輻射模型——電子在激光質動勢的加速下，連續等離子尾流場隨著激光傳播方向連續輻射寬帶發射，最終導致遠場相位匹配的錐形太赫茲輻射。

但是，該模型需要更多后續進行進一步的實驗分析、數值研究來證實和推演，才能全面了解激光尾跡場加速（LWFA）中太赫茲的產生，并在未來為大功率太赫茲應用改進電源。

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審核編輯 ：李倩