基于电子束调制的可调谐太赫兹自由电子激光技术突破

《Nature Photonics》：Continuous terahertz band coverage through precise electron-beam tailoring in free-electron lasers

本研究针对高功率连续可调窄带太赫兹源的技术瓶颈，提出了一种基于激光加热器频率调制的自由电子激光新方法。通过电子束预调制和聚束压缩技术，实现了7.8-30.8 THz连续调谐范围、385 μJ脉冲能量和7.7%-14.7%窄带宽的突破性性能，为非线性光学和材料动力学研究提供了全新解决方案。

　　

通过精确调控自由电子激光（Free-Electron Laser, FEL）中的电子束，研究人员成功实现了连续谱覆盖的太赫兹（Terahertz, THz）辐射。这项突破性技术采用激光加热器进行电子束调制（laser heater beating），结合聚束压缩（bunch compression）和集体效应增强微聚束（microbunching）机制，有效克服了传统技术中脉冲能量与频率可调性之间的权衡问题。

实验数据表明，该技术可产生频率连续可调（7.8-30.8 THz）的窄带太赫兹辐射，脉冲能量高达385微焦（μJ），同时保持7.7%至14.7%的窄光谱带宽。这种高功率可调谐太赫兹源将有力推动非线性光学（nonlinear optics）、太赫兹驱动材料动力学（THz-driven material dynamics）和超快光谱技术（ultrafast spectroscopy）等前沿领域的发展，为填补"太赫兹间隙"（THz gap）提供了创新解决方案。该方法展现出卓越的鲁棒性和可扩展性，在材料科学、生物医学成像等多个尖端科研领域具有广泛应用前景。