信息来源：张杰和盛政明研究组
太赫兹(THz)波在频谱上位于远红外和微波之间，由于其独特的“指纹谱性”和光子能量低等特点，在材料科学、生物医疗和国防安全等领域具有广泛的应用。如何获得高功率、大能量（百微焦量级）的太赫兹光源是目前太赫兹科学发展的关键问题之一。激光等离子体是一种潜在的强太赫兹辐射源，利用相对论强激光或者利用中等强度激光与固体和气体靶作用，通过不同机制可以产生具有不同频谱、振幅、时域特性的太赫兹辐射。最近物理与天文系激光等离子体实验室张杰教授和盛政明教授课题组与中科院物理所李玉同研究员的课题组、以及国外同行合作，在实验和理论两方面取得新的进展。
首先，他们通过国际合作利用美国LLNL国家实验室的相对论皮秒激光与固体靶作用，研究强太赫兹辐射产生。在实验中他们构建了激光与大尺度等离子体相互作用，发现在激光反射方向，太赫兹辐射随着激光能量增加呈现出非线性增长的特点，并存在一个最佳的预等离子体状态。实验得到了单发强度大于200 μJ/sr的太赫兹辐射。在数值模拟研究的基础上，提出了受激拉曼散射和自调制不稳定性激发的等离子体波通过模式转换激发太赫兹波的物理模型，很好地解释了实验结果，同时进一步验证了盛政明、张杰等人之前提出的模式转换理论[Phys. Rev. Lett. 94, 095003 (2005)]。该工作揭示的这一机制不仅适用于固体靶前的大尺度等离子体，而且可用于气体或团簇靶。利用这个方法，有望实现台面化频谱可调的高重频的强太赫兹辐射源。此外，这种太赫兹辐射也可以作为一种激光等离子体相互作用中参量不稳定激发的新型诊断手段。该研究结果近期发表在Phys. Rev. Lett. 114, 255001 (2015)。
(a)皮秒激光与大尺度等离子体作用产生太赫兹辐射的物理模型；(b)数值模拟得到的太赫兹辐射场时空演化。
在强激光与气体作用产生强太赫兹波方面，通过离化电流等机制，通常可以产生线偏振、单周期、宽频谱的太赫兹波。最近激光等离子体实验室陈燕萍等人在实验中利用具有时间延迟的双激光脉冲，实现了双太赫兹辐射脉冲在时域中的干涉现象，由此得到被均匀调制的太赫兹辐射频谱。通过控制双激光脉冲的时间延迟，可以控制被调制频谱的中心频率以及调制峰的间隔。这项工作有助于提高太赫兹时域频谱的信噪比，并为研究激光等离子体成丝间的作用，提供了新的手段。该研究结果发近期表在Appl.Phys.Lett. 106, 221105 (2015)。
为了拓宽强激光与气体作用产生太赫兹波的应用范围，需要找到能够对太赫兹辐射偏振、频谱等进行调控的有效手段。为此，盛政明与中科院物理所王伟民、李玉同以及德国Juelich科学计算中心的Paul Gibbon教授合作，提出了一种利用强磁场对其进行调控的全新方案，即在原有双色激光与气体靶作用方案的基础上，施加一个沿着激光传播方向的强磁场。加入该场后，产生的太赫兹波由线偏振变成了圆偏振，圆偏振波的旋转方向可以由外加磁场符号来控制；波形由单周期结构（宽谱）变成多周期结构（窄谱）；太赫兹波频率可由磁场强度控制；太赫兹波强度可由磁场强度和气体密度共同控制。目前人们利用强激光可以在实验中产生百特斯拉量级的强磁场。因此，这项工作为以全光学的方式产生一种偏振、频率、波形和场强均可调谐的新型太赫兹辐射源提供了新思路。该研究结果近期发表在Phys. Rev.Lett.114, 223901 (2015)。
上述工作得到了国家重点基础研究发展计划（2013CBA01500，2014CB339801）、国家自然科学基金创新群体项目（11421064）、IFSA协同创新中心等资助。
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