客观日本

日德等合作利用新激光技术制作窄带高能太赫兹波

2019年07月02日 电子电气

日本分子科学研究所与德国电子同步加速器研究所(DESY)和汉堡大学,以及捷克ELI-Beamlines组成的联合研究小组,在开发全新的小型粒子加速器方面实现了重大突破。研究小组采用的方法是利用强脉冲激光以及分子科学研究所开发的LA-PPMgLN,产生非常特殊的窄带(单色)高能太赫兹波脉冲。这种新的太赫兹波有助于实现尺寸比实验室里的实验台还要小的新一代粒子加速器,可以说是一种划时代的方法。

研究概要

太赫兹波是电磁波的一种,频率介于红外线和微波之间。机场安检使用的全身扫描仪就采用这种太赫兹波。另一方面,太赫兹波还有助于粒子加速器实现小型化。DESY的Kärtner介绍说:“太赫兹波的波长约为现有粒子加速器所使用的电波的1/1000。这意味着组成加速器的部件尺寸也将削减至约1/1000”。

不过,要想加速足够数量的粒子,需要使用窄带的强力太赫兹波,利用此次的研究成果有望实现这一点。汉堡大学的Maier就太赫兹波的产生方法介绍说:“为了产生太赫兹波,要以轻微的时滞将2束强力激光脉冲入射到名为‘非线性光学晶体’(分子科学研究所开发的特殊LA-PPMgLN)的物质中”。

这里使用的激光脉冲带颜色渐变。也就是说,1束脉冲中前方和后方的颜色不同。通过以轻微的时滞将这种颜色渐变的2束脉冲入射到晶体中,2束脉冲中颜色不同的部分会重合(图左侧)。Maier介绍说:“这种色差对应产生的太赫兹波的能量。晶体(LA-PPMgLN)会将这种色差转换成太赫兹波”(图右侧)。

日德等合作利用新激光技术制作窄带高能太赫兹波

利用分子科学研究所开发的非线性光学晶体(LA-PPMgLN),通过存在轻微时滞的2束激光脉冲(图左侧)的色差产生强力的太赫兹波脉冲(图右侧,产生差频)。

Maier表示:“只需将短的特殊玻璃插入激光束经过的路径即可。这样输出的太赫兹波会突然增强13倍”。研究小组通过采用只有分子科学研究所才能制作出来的超大特殊非线性光学晶体LA-PPMgLN,产生了强力的太赫兹波。

Kärtner说:“通过结合这些方法,成功产生了0.6毫焦的太赫兹脉冲。这个值是利用以往的光学方式产生的窄带(单色)太赫兹脉冲的10倍以上。本次研究证明,利用该方法,能产生十分强力的窄带(单色)太赫兹脉冲,有助于实现小型粒子加速器”。要想实现这个新创意,必须使用分子科学研究所开发的特殊非线性光学晶体LA-PPMgLN,因此实施了联合研究。

日文新闻发布全文

文:JST客观日本编辑部翻译整理

专题网页