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太赫兹自由电子激光及太赫兹前沿技术领域

i.创新性地提出了多种紧凑型THz电子辐射源的新技术方案:太赫兹(THz)电磁波介于毫米波与红外光之间,是一个尚未被完全认知和利用的频段。太赫兹科学技术在近二十年中得到了迅猛发展,在应用领域的研究也正在广泛开展之中。但由于缺乏合适的THz光源,尤其是单色大频率范围可调谐的THz激光光源,制约了相关研究方向的发展。发展紧凑型,甚至便携式,同时具备高功率、大频率范围可调特点的THz辐射源是相关研究方向的重要前沿,但目前国际上这个方向的进展缓慢。自2015年中期以来,陆亚林教授带领团队,围绕“紧凑型THz电子辐射源”这一主题,开展理论研究及关键技术发展,取得了系列重要进展,已经申请近十项中国发明专利,为发展与建设位于低能量区的自由电子激光器大型科学装置提供关键原理和技术储备:1.)在连续波THz辐射方面,研究团队利用其发现的特异Smith-Purcell效应,提高电子束与辐射之间的能量转换效率,进而提出了一种可基于成熟电子源技术来产生W量级辐射功率、频率可到1.5 THz的奥罗管辐射源方案,基于该设计方案的光源具备低成本、便携式的特点;2.)为得到更高功率的连续波THz辐射源,研究团队提出一种THz尾场辐射自由电子激光谐波产生技术,可基于技术成熟的、可移动的高压直流电子枪产生kW量级的THz辐射源;3.)在辐射频率可连续调谐的THz源方面,研究团队在其掌握的激光脉冲堆积技术及高品质电子脉冲串产生技术的基础上,通过采用高次谐波增强技术提出了一种紧凑型(全长3米左右)、高功率(MW级脉冲功率)、频率大范围连续可调谐(0.5-5.0 THz)的预聚束THz自由电子激光辐射源方案;4.)为克服基于微波电子枪的辐射源在产生低频率(0.5 THz以下)、高重复频率、小型化光源方面的限制,研究团队采用激光脉冲串激发光阴极直流电子枪产生非相对论性电子脉冲串,通过调节电子脉冲重复频率、选择性激发慢波结构的不同高阶模式,并利用非相对论电子束速度可调的特性,提出一种辐射频率0.1-1.0 THz可调的小型化、高重复频率辐射源。
 
ii.在宽频太赫兹谱方面,自制一套宽频谱、高信噪比、扫描速度快、集成低温和超快激光激发条件的太赫兹时域光谱仪;自制一套便携式的光纤型太赫兹时域光谱仪,并应用于量子功能材料的研究。

  

iii. 设计和制备了一系列太赫兹主动元器件:例如设计仿真了一种基于电场、磁场双调控的石墨烯基变频调制器,可灵活地通过改变电场和磁场强度对宽广频率范围内的多个频点振幅进行调节;设计了一种可切换的宽带太赫兹波吸收体;提出了一种基于石墨烯-介质多层结构的主动调控双带完美吸收体;设计并制作基于硅介质的超快调控超表面,在国际上率先实现了皮秒级的、高调制深度的太赫兹超快开关;研制了一种多功能的太赫兹器件:即在单一器件中实现电开关、光存储和超快调制多种功能。


iv. 在已有基础上,拟建设超紧凑型太赫兹自由电子激光前沿技术、新型太赫兹产生及探测前沿技术和集成多波段连用太赫兹表征研究平台。