近日，中國科學技術大學核科學技術學院胡廣月團隊在高功率太赫茲表面波研究方面取得重要進展。團隊利用飛秒激光聚焦作用金屬絲波導，通過電子發射過程產生10兆瓦功率的太赫茲表面波，激發效率達到2.4%的目前報道的最高水平，研究成果以“Efficiently Laser Driven Terahertz Surface Plasmon Polaritons on Long Metal Wire”為題，7月24日在線發表于物理學知名學術期刊《Physical Review X》。
 

　　太赫茲輻射在材料科學、生物傳感和下一代通訊等領域有著廣闊的應用前景，但高功率太赫茲輻射傳統主要依靠加速器或相對論激光等大科學裝置產生，這限制了應用的便捷性。同時，高功率太赫茲輻射的高效激發和導引傳輸仍面臨很大挑戰。
 

　　研究團隊實驗演示了一種新的方法，利用緊湊的亞相對論飛秒激光聚焦于約1米長的金屬絲太赫茲波導上，產生了峰值功率達到10兆瓦的單周期太赫茲表面波。與業內廣泛認為的觀點不同，實驗發現這種太赫茲輻射是由激光驅動的電子發射時的相干渡越輻射引起的，貢獻最大的不是速度最快的相對論電子，而是較慢的亞相對論電子。這些亞相對論電子在將激光能量轉化為太赫茲輻射方面更有效。通過這種方法，實現了高達2.4%的能量轉換效率，這是激光驅動太赫茲源目前報道的最高效率。
 

　　這種方法使用普及度較高的激光技術，無需依賴大型科學設施，為高功率太赫茲輻射源的實際應用提供了一種可行的解決方案。這種緊湊型技術可用于醫學診斷中的內窺鏡太赫茲成像、基于波導的粒子加速器、非線性太赫茲光譜學以及集成太赫茲技術等。
 

飛秒激光輻照金屬絲波導，通過電子發射過程激發太赫茲表面波
 

　　中國科學技術大學邵爍婷和王向兵博士研究生為論文的共同第一作者。中國科學技術大學胡廣月副教授、上海交通大學陳民教授、中國工程物理研究院谷渝秋和丁永坤研究員為通訊作者。深圳技術大學、哈爾濱工業大學為該論文的合作單位。該工作得到了中國科學院非共識和顛覆性項目、國家自然科學基金以及統籌推進世界一流大學和一流學科建設專項資金資助。