近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室研究團隊在太赫茲驅(qū)動的波導(dǎo)加速領(lǐng)域取得新進展。研究團隊提出基于中空金屬管的級聯(lián)加速方案，證實了“桌面化”的百MeV級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)表于Optics Express。

小型化的電子加速器將極大地推動其在前沿科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。利用太赫茲波驅(qū)動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)用推廣向包括小型實驗室、醫(yī)院等在內(nèi)的更多應(yīng)用場景。

圖1 外注入電子源方案示意圖

研究團隊在驗證了國際上首個能量增益到MeV的太赫茲波導(dǎo)電子加速基礎(chǔ)上【Nature Photonics 17, 957–963 (2023)】，采用高品質(zhì)外注入電子源，對電子束進行更加靈活的加速，壓縮的模式控制。在2.9 mJ THz 脈沖作用下，可調(diào)諧電子能量達到±860 keV，并演示了從?400 fs 到小于 70 fs 的增強壓縮。同時，為進一步提高能量，實現(xiàn)“桌面化“高能電子加速器，提出采用外注入電子源的波導(dǎo)級聯(lián)方案，證實了臺式化百MeV級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降低到米級，有望為緊湊且高效的太赫茲驅(qū)動電子源鋪平道路。

相關(guān)工作得到國家自然科學(xué)基金、基礎(chǔ)研究特區(qū)計劃、中國科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年團隊等支持。

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圖2 太赫茲波導(dǎo)級聯(lián)加速方案