新聞網訊（通(tōng)訊員漆鴻）近日，《光學快訊》發表了我校電(diàn)氣學院樊寬軍教授團隊攜手日本大(dà)阪大(dà)學楊金峰教授團隊的合作(zuò)研究成果，即有關利用加載電(diàn)介質基底的光栅産生(shēng)共振太赫茲（THz）輻射的原理(lǐ)驗證實驗。他們利用兆電(diàn)子伏特（MeV）超快電(diàn)子束，成功激發了金屬光栅表面波中的共振模式，并将其輻射出去。這種輻射具有出色的方向性，其輻射強度更是遠超同一光栅所産生(shēng)的Smith-Purcell輻射。

此研究成果不僅為(wèi)操控共振THz輻射提供了一條有效的途徑，還(hái)對推動高(gāo)功率、結構緊湊、性價比高(gāo)的THz源技(jì)術(shù)發展具有重要意義。詳細的研究成果可(kě)參見論文《對借助電(diàn)介質基底從金屬光栅中逃逸出的表面太赫茲波的觀測》。電(diàn)氣學院博士生(shēng)漆鴻為(wèi)論文的第一作(zuò)者。

《光學快訊》是由美國光學學會(huì)出版的國際光學全電(diàn)子期刊，以其快速出版周期和(hé)同行(xíng)評審的高(gāo)質量文章，在物理(lǐ)-光學領域，尤其是太赫茲技(jì)術(shù)研究中占據重要地位，為(wèi)全球科研工作(zuò)者提供了展示創新成果的權威平台。

太赫茲技(jì)術(shù)因其在通(tōng)信、材料科學和(hé)生(shēng)物成像等領域的應用潛力而受到重視(shì)，盡管傳統的Smith-Purcell輻射源具有緊湊和(hé)可(kě)調諧的優點，但(dàn)其相對較弱的輻射強度限制(zhì)了其在更廣泛領域中的應用。在電(diàn)子束與周期性光栅的相互作(zuò)用過程中，大(dà)部分能量轉化為(wèi)表面波。由于表面波的相速度低(dī)于光速，往往被限制(zhì)在光栅表面，難以實現有效的遠距離傳播。為(wèi)了解決這一難題，團隊在光栅下方引入電(diàn)介質基底，通(tōng)過改變光栅的色散特性，使得(de)表面波中與電(diàn)子束産生(shēng)共振的模式在介質中呈現出輻射波的特性。這種共振THz波的傳播方向固定，而Smith-Purcell輻射頻率則随傳播角度而變化。在本實驗所用的光栅上(shàng)，共振THz輻射強度比Smith-Purcell輻射高(gāo)出約31倍。這種方法在高(gāo)功率太赫茲波的産生(shēng)中具有極大(dà)的優勢。

電(diàn)子束通(tōng)過複合光栅産生(shēng)THz輻射

實驗裝置示意圖

基于理(lǐ)論分析和(hé)三維數(shù)值模拟，本研究團隊在大(dà)阪大(dà)學超快電(diàn)子衍射平台上(shàng)開(kāi)展了共振THz輻射的實驗。實驗采用了S波段光陰極微波電(diàn)子槍，經由脈沖寬度約為(wèi)100fs、脈沖能量為(wèi)20mJ的紫外激光（266nm）照射後，可(kě)産生(shēng)能量為(wèi)1.6 - 3.1 MeV範圍內(nèi)可(kě)調的電(diàn)子束團。通(tōng)過超快電(diàn)子束與輻射光栅的相互作(zuò)用，所産生(shēng)的頻譜信号由邁克爾遜幹涉儀精确測量。實驗成功觀察到了共振THz輻射的存在，證實了電(diàn)介質在促進表面波向外傳播上(shàng)起着關鍵作(zuò)用。此外，實驗還(hái)針對輻射角度、電(diàn)子束-光栅距離、電(diàn)子束能量、電(diàn)荷量以及束團長度等參數(shù)進行(xíng)了詳細研究，加深了對共振THz輻射特性的理(lǐ)解。本研究為(wèi)開(kāi)發結構緊湊、高(gāo)轉換效率的THz源提供了堅實的理(lǐ)論和(hé)實驗依據。

論文鏈接：https://doi.org/10.1364/OE.525614