（記者張雙虎）中國科學院院士、中國科學院上海光學精密機械研究所研究員李儒新團隊基于上海光機所新一代超強超短脈沖激光綜合實驗裝置，利用超強超短激光驅(qū)動太赫茲波產(chǎn)生毫焦耳級太赫茲表面波，并采用表面波進行電子加速，解決了高能量太赫茲波產(chǎn)生以及自由空間太赫茲波至波導能量耦合效率低等難題。

　　研究人員將太赫茲波的產(chǎn)生、傳輸及耦合集成到波導上，并在波導管中5毫米距離實現(xiàn)了最高1.1兆電子伏特的能量增益和210兆伏每米的平均加速梯度，較當前太赫茲波加速電子能量增益的世界紀錄提升近一個量級，為全光學集成化電子加速器研究開辟了新途徑。相關(guān)研究近日發(fā)表于《自然-光子學》。

　　利用太赫茲波驅(qū)動電子加速作為近10年新興的加速技術(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，有望將加速器的應用推廣到包括小型實驗室、醫(yī)院等在內(nèi)的更多應用場景。

　　當前發(fā)展的太赫茲電子加速基于自由空間的太赫茲源技術(shù)，太赫茲波產(chǎn)生后，經(jīng)收集、傳輸、偏振轉(zhuǎn)換，再聚焦至用于加速電子的波導結(jié)構(gòu)。實驗上，為了盡可能提高波導內(nèi)部的太赫茲加速梯度，需要太赫茲源提供足夠的能量以彌補光路中散射、反射以及模式轉(zhuǎn)換的能量損耗。相比自由空間的太赫茲輻射，束縛于介質(zhì)表面的光學表面波，如表面等離極化激元，為太赫茲的導引與模式轉(zhuǎn)換提供了全新思路。

　　研究團隊近期發(fā)現(xiàn)了太赫茲表面等離極化激元相干放大機制，能夠?qū)崿F(xiàn)高功率表面等離極化激元相干輻射源。圍繞軸對稱金屬圓柱形波導上的太赫茲表面等離極化激元的索莫菲波屬性等，研究團隊進一步將此高功率的太赫茲表面等離極化激元直接與加速波導耦合，實現(xiàn)了85%的耦合效率，能有效將飛秒激光泵浦金屬圓柱波導產(chǎn)生的毫焦耳級太赫茲能量與電子束作用，將當前國際上太赫茲波驅(qū)動的電子能量增益最好結(jié)果提升了近一個量級。

　　未來，團隊將基于這一全新方案，進一步發(fā)展集成化的全光學電子加速技術(shù)，并拓展其在小型輻射源及材料檢測等領(lǐng)域的交叉應用。