超快激光技术与应用研究中心青年教师田文龙副教授在德国电子同步加速器研究所（DESY）Franz X. Kärtner课题组开展联合博士后研究期间，在大能量太赫兹脉冲产生方面取得重要进展，首次利用PPKTP晶体实现了高效率的多周期太赫兹脉冲产生，相关结果发表在Opt. Lett. 46(4), 741-744 (2021)。
    强太赫兹场驱动粒子加速具有体积小、成本低、加速梯度大等优点，近几年得到了广泛的关注。根据理论计算，为了将能量为1 MeV的电子束加速到20 MeV，需要中心频率0.1~1 THz，带宽小于1%，能量大于20 mJ的太赫兹驱动场。目前窄带太赫兹脉冲产生常用的方法为超快激光在PPLN晶体中进行光整流或差频。一方面由于超快激光的峰值功率较高，另一方面由于PPLN晶体较低的损伤阈值，泵浦光-太赫兹的转换效率受到极大的 限制，只有千分之一左右。因此，要获得20 mJ的窄带太赫兹脉冲，需要至少20 J的超强超快激光，难度非常大，成本很高。因此如何提高太赫兹的转换效率是亟待解决的一个重要问题。

                                                                                             图1.（a）太赫兹产生装置（b）PPKTP晶体照片

                                                               图2.（a）太赫兹产生能量曲线（b）太赫兹转换效率曲线：红色泵浦源脉冲宽度为250 ps；蓝色，泵浦源脉冲宽度为500 ps

    从驱动源的角度出发，田文龙博士在德国期间参与发展了新型的双频窄线宽驱动源，利用掺镱光纤激光技术和固体放大技术获得了脉冲宽度、频率间隔和时域波形可控的20 mJ、10 Hz输出，根据理论模拟，此光源可实现接近1%的转换效率（Opt. Express 26, 29744-29768 (2018)）。在此基础上，田文龙博士采用15 mm长、极化周期为300 µm的PPKTP晶体，在液氮低温制冷条件下获得了中心频率为0.5 THz，带宽为3 GHz的多周期太赫兹脉冲，相应的转换效率为0.16%，与目前利用PPLN晶体获得的转换效率相当。然而，PPKTP晶体低温下的抗激光损伤能力是PPLN晶体的十倍以上，因此有望利用较小尺寸的PPKTP晶体获得大能量的多周期太赫兹脉冲。这项工作为发展电子加速所需的大能量太赫兹驱动源提供了一种新思路。