我国首台高平均功率太赫兹自由电子激光装置首次饱和出光

近日，由中国工程物理研究院应用电子学研究所（中物院十所）牵头负责的高平均功率太赫兹自由电子激光装置（以下简称CTFEL装置）首次饱和出光并实现稳定运行。这标志着中国首台具有高重复频率、高占空比特性的太赫兹自由电子激光装置建成，我国太赫兹源正式进入自由电子激光时代。

太赫兹（THz）辐射通常指频率在0.1THz～10THz区间的电磁辐射，其波段位于微波和红外光之间，是人类尚未完全认识并很好加以利用的最后一个波（光）谱区间。自由电子激光（FEL）由于具有频率连续可调、功率大、线宽窄、方向性好、偏振强和皮秒时间结构等优点，使得在同一台装置上实现太赫兹波段全覆盖的大功率理想太赫兹源成为了可能，故FEL是目前该波段最有前途的高功率可调谐相干光源。

CTFEL装置依托于国家重大科学仪器设备开发专项“相干强太赫兹源科学仪器设备开发”项目，于2011年正式启动，2016年底完成装置研制与总体集成。装置采用谐振腔型FEL技术路线，主要包括直流高压光阴极注入器、射频超导加速器、摇摆器、激光谐振腔、THz传输与测量系统等。2017年9月20日，经专家组现场测试和第三方检测，CTFEL装置在1.99 THz 、2.41 THz和2.92 THz三个频率点稳定运行，平均功率均大于10W，最高达到17.9W；微脉冲峰值功率均大于0.5MW，最高达到0.84MW，通过调节电子束能量和摇摆器磁场强度，可以实现输出频率连续可调，技术指标达到国际先进水平。

作为一种新型相干强太赫兹光源，高平均功率、高峰值功率的太赫兹自由电子激光在材料、生物医学等领域有着重要应用，通过系统研究强太赫兹波与新材料的作用机理、THz电磁辐射与DNA相互作用的生物效应机理等，发现强太赫兹环境下的物理规律和实验现象，为新实验研究方法和新器件设计及研发提供理论依据。

下一步，该项目科研团队将充分利用现有的技术优势，尽快开展装置用户实验，多渠道发掘该装置的应用潜力与推广前景，为各相关学科研究和THz辐射在其他高新技术领域的应用提供支撑。同时，在现有装置的基础上进一步拓展FEL激光波长范围，使其成为我国光源体系中的重要组成部分，并使我国的太赫兹光源技术及应用研究在国际上占有一席之地。