近日，由中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所（中物院十所）牽頭負(fù)責(zé)的高平均功率太赫茲自由電子激光裝置（以下簡稱CTFEL裝置）首次飽和出光并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。這標(biāo)志著中國首臺具有高重復(fù)頻率、高占空比特性的太赫茲自由電子激光裝置建成，我國太赫茲源正式進(jìn)入自由電子激光時代。
太赫茲（THz）輻射通常指頻率在0.1THz～10THz區(qū)間的電磁輻射，其波段位于微波和紅外光之間，是人類尚未完全認(rèn)識并很好加以利用的最后一個波（光）譜區(qū)間。自由電子激光（FEL）由于具有頻率連續(xù)可調(diào)、功率大、線寬窄、方向性好、偏振強(qiáng)和皮秒時間結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，使得在同一臺裝置上實(shí)現(xiàn)太赫茲波段全覆蓋的大功率理想太赫茲源成為了可能，故FEL是目前該波段最有前途的高功率可調(diào)諧相干光源。
CTFEL裝置依托于國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)“相干強(qiáng)太赫茲源科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)”項(xiàng)目，于2011年正式啟動，2016年底完成裝置研制與總體集成。裝置采用諧振腔型FEL技術(shù)路線，主要包括直流高壓光陰極注入器、射頻超導(dǎo)加速器、搖擺器、激光諧振腔、THz傳輸與測量系統(tǒng)等。2017年9月20日，經(jīng)專家組現(xiàn)場測試和第三方檢測，CTFEL裝置在1.99 THz 、2.41 THz和2.92 THz三個頻率點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，平均功率均大于10W，最高達(dá)到17.9W；微脈沖峰值功率均大于0.5MW，最高達(dá)到0.84MW，通過調(diào)節(jié)電子束能量和搖擺器磁場強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)輸出頻率連續(xù)可調(diào)，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。
作為一種新型相干強(qiáng)太赫茲光源，高平均功率、高峰值功率的太赫茲自由電子激光在材料、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，通過系統(tǒng)研究強(qiáng)太赫茲波與新材料的作用機(jī)理、THz電磁輻射與DNA相互作用的生物效應(yīng)機(jī)理等，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)太赫茲環(huán)境下的物理規(guī)律和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為新實(shí)驗(yàn)研究方法和新器件設(shè)計(jì)及研發(fā)提供理論依據(jù)。
下一步，該項(xiàng)目科研團(tuán)隊(duì)將充分利用現(xiàn)有的技術(shù)優(yōu)勢，盡快開展裝置用戶實(shí)驗(yàn)，多渠道發(fā)掘該裝置的應(yīng)用潛力與推廣前景，為各相關(guān)學(xué)科研究和THz輻射在其他高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供支撐。同時，在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展FEL激光波長范圍，使其成為我國光源體系中的重要組成部分，并使我國的太赫茲光源技術(shù)及應(yīng)用研究在國際上占有一席之地。
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