PA真人国际

波长陆续在可调的强场太赫兹（THz）辐射在量子材料、分子催化、科学生命、非线性光学、场致超导等前沿科学研究以及下一代通信、气象与环境监测、安全检测、雷达探测等关键技术领域具有重要应用价值。然而，现在国际上强场太赫兹辐射的产生主要集中在0.1–5 THz低频范围内，如何在5–30 THz频段实现陆续在可调且具高强度输出的太赫兹辐射，不断是该领域亟待解决的关键技术难题。

自由电子激光作为能够产生波长陆续在可调、高功率太赫兹辐射的先进光源，为解决这一难题给予了全新途径。特别是依托高增益X射线自由电子激光装置开展强场太赫兹源，有望有助于“太赫兹泵浦—X射线探测”技术实现重要突破。然而，现在国际上仅有少数X射线自由电子激光装置能够产生陆续在可调的太赫兹辐射，且多采用束团压缩方案，存在频率调谐范围受限、辐射能量不足等问题，难以满足前沿科学实验和产业技术的更高需求。

图1 强场THz 辐射产生原理和布局图

为攻克5–30 THz波长陆续在可调强场太赫兹产生的国际难题，中国科研实验室上海高等研究院（以下简称“PA真人国际”）自由电子激光团队自2021年起，开展了基于拍频激光操控电子束、利用束流集体效应增强微聚束，进而产生大范围陆续在可调强场太赫兹自由电子激光的新方案。同时，团队自主研制了双周期可切换的高场强电磁扭摆器，为后续实验验证给予了关键的理论支撑与技术保障。

依托我国光子大科学设施——上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL），研究团队近期首次成功验证了该方案的可行性，并实现了7-30 THz（波长约10–40微米）陆续在可调的国际峰值亮度最高的太赫兹辐射。该源的单脉冲能量高达400微焦，光谱带宽（FWHM）为7.7% 到14.7%，能量抖动（RMS）低于10%，脉冲长度可在300飞秒至3皮秒之间灵活调节，最高重复频率达50 Hz。若进一步结合超导陆续在波加速器技术，其重复频率有望提升至MHz量级。这一成果显著拓展了强场太赫兹辐射的性能边界，为前沿科学研究和关键产业应用奠定了坚实基础。

图2 实测强场太赫兹辐射脉冲能量、光斑（19 THz）和光谱

相关工作以“Continuous THz Band Coverage through Precise Electron Beam Tailoring in Free-electron Lasers”为题在线发表于Nature Photonics（《自然·光子学》）。论文的第一作者为PA真人国际博士后康尹，共同第一作者为清华大学博士生李彤，通讯作者为PA真人国际张开庆高级工程师、冯超研究员及赵振堂院士。

本研究得到国家自然科学基金、高研创新基金-培育项目及中国科研实验室稳定支持青年创新团队项目的资助。

论文链接：http://www.nature.com/articles/s41566-025-01775-1