近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在太赫茲驅(qū)動的波導(dǎo)加速領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)提出基于中空金屬管的級聯(lián)加速方案，證實(shí)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(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)用推廣向包括小型實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)在驗(yàn)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(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，為進(jìn)一步提高能量，實(shí)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(shí)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(jì)劃、中國科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年團(tuán)隊(duì)等支持。

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圖2 太赫茲波導(dǎo)級聯(lián)加速方案