超强激光的峰值功率可达百太瓦( 10¹² W)甚至拍瓦( 10¹⁵ W)水平，聚焦光强超过10¹⁸W/cm² ，进入了相对论范畴(电子可被光场加速至接近光速)。为了充分发挥相对论激光的优势，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)光物理重点实验室L05组的廖国前博士、李玉同研究员和上海交通大学张杰院士、盛政明教授等人组成的研究团队，对相对论激光-固体靶相互作用产生太赫兹辐射的新途径进行了十余年的探索，取得了一系列开创性结果。在前期工作中，该团队研究了靶前的太赫兹辐射，提出了基于小尺度预等离子体的靶面超热电子瞬态电流辐射机制[Appl. Phys. Lett. 100, 254101 (2012), Opt. Express 24, 4010 (2016)]以及基于大尺度预等离子体的电子等离子体波模式转换机制[Phys. Rev. Lett. 114, 255001 (2015)]，并成功进行了实验演示。

　　最近，该团队将研究范围拓展到靶后太赫兹辐射。在相对论飞秒激光与固体薄膜靶作用中，在靶后产生了单发能量近400微焦的太赫兹脉冲，这已与大型加速器产生的太赫兹脉冲能量相当。太赫兹辐射产生的物理图像为：相对论激光与等离子体相互作用产生了大量前向超热电子，这些电子从靶后表面逃逸到真空中时，会激发渡越辐射。由于电子束的脉冲时长为几十飞秒到皮秒量级，所以相干辐射波长在太赫兹波段(图1)。实验研究了小尺寸金属靶、金属-聚乙烯(PE)复合靶、聚乙烯靶等不同靶型的渡越辐射，实验结果完全验证了这一产生机制(图2)。实验中还同时观测了靶后鞘层场加速产生的离子束特性，发现离子束与太赫兹辐射呈现非同步的变化规律，这表明在该实验条件下，太赫兹辐射与离子加速的产生机制并不一样，这与目前国际主流的认识不同。该团队提出的产生机制和实验演示不仅为实现小型化、大能量、宽谱太赫兹辐射源开辟了新途径，而且有望发展成为一种在线诊断激光等离子体相互作用的新方法。

　　相关研究结果近期发表在Phys. Rev. Lett. 116, 205003 (2016)上，并被编辑选为Editors’ Suggestion。

　　本项研究工作得到了国家自然科学基金项目（项目批准号：11520101003）、科技部973项目、教育部IFSA协同创新中心和中国科学院的支持。

 

　　图1. 激光与固体靶相互作用在靶后产生太赫兹辐射的物理图像

 

　　图2. 靶后太赫兹辐射随随靶尺寸的变化，不同的曲线表示不同参数下相干渡越辐射的理论预期。随着靶尺寸减小至一定值后，太赫兹辐射随之减弱。