近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在太赫茲驅(qū)動(dòng)的波導(dǎo)加速領(lǐng)域取得了新進(jìn)展。該研究提出了基于中空金屬管的級(jí)聯(lián)加速方案，證實(shí)了“桌面化”的百M(fèi)eV級(jí)高能電子加速器可行性。相關(guān)研究成果以Hollow metal tubes for efficient electron manipulation using terahertz surface waves為題，發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》（Optics Express）上。

小型化的電子加速器將推動(dòng)其在前沿科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。利用太赫茲波驅(qū)動(dòng)電子加速作為近十年來發(fā)展的新興加速技術(shù)，能夠提供比傳統(tǒng)射頻加速更高的加速梯度，是實(shí)現(xiàn)小型化、低成本加速裝置的可靠途徑之一，有望將加速器的應(yīng)用推廣到包括小型實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院等在內(nèi)的更多應(yīng)用場(chǎng)景。

該研究在驗(yàn)證了國(guó)際上首個(gè)能量增益到MeV的太赫茲波導(dǎo)電子加速基礎(chǔ)上，采用高品質(zhì)外注入電子源，對(duì)電子束進(jìn)行更加靈活的加速，壓縮的模式控制。在2.9 mJ THz脈沖作用下，可調(diào)諧電子能量達(dá)到±860 keV，并演示了從400 fs到小于70 fs的增強(qiáng)壓縮。同時(shí)，為進(jìn)一步提高能量，實(shí)現(xiàn)“桌面化“高能電子加速器，研究提出了采用外注入電子源的波導(dǎo)級(jí)聯(lián)方案，證實(shí)了臺(tái)式化百M(fèi)eV級(jí)高能電子加速器可行性，可將傳統(tǒng)加速器的尺寸從千米級(jí)降低到米級(jí)，有望為緊湊且高效的太赫茲驅(qū)動(dòng)電子源鋪平道路。

研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院等的支持。

外注入電子源方案示意圖

太赫茲波導(dǎo)級(jí)聯(lián)加速方案