Nat. Commun. 封面级研究 | 双色激光“飞行焦点”赋能太赫兹：频谱可调、聚焦更优、形状可控

导语近日罗切斯特大学激光能量学实验室J. J. Pigeon团队在《Nature Communications》上发表了一项突破性研究(https://doi.org/10.1038/s41467-026-76228-6)他们利用一种名为“飞行焦点”Flying Focus的前沿激光技术首次实现了对太赫兹辐射时空结构的主动塑造——不仅让太赫兹光束“随心而变”还大幅提升了其聚焦能力和频谱可调性。核心发现实验结果显示改变“飞行焦点”的速度太赫兹辐射的特性发生了翻天覆地的变化。1.光束形状大变身当使用亚光速焦点时产生的太赫兹波集中在中心轴上形成一个实心光斑。当切换到超光速焦点时太赫兹波变成了一个甜甜圈形状的环状光束。这完美验证了“切伦科夫效应”的预测——当电离前沿超光速运动时辐射会集中在特定锥角上。2.频谱与聚焦能力双重优化亚光速产生的太赫兹脉冲更长低频成分更丰富。超光速产生的太赫兹脉冲更短高频成分更突出。更令人惊喜的是与普通聚焦方式相比“飞行焦点”产生的太赫兹聚焦光斑更小。高频分量可聚焦至仅57微米接近衍射极限这意味着能量密度更高作用更精准。3.效率不降反升实验在空气中实现了10⁻⁴量级的能量转换效率与当前最先进的传统方法相当甚至超光速模式下的效率还略高一些。研究意义这项工作的意义远不止于在实验室里造出几种新形状的光斑。为高场物理开辟新路“飞行焦点”能将激光能量分散在更长的距离上从而避免过高的强度损坏介质或产生有害的“多丝效应”。这为利用更高能量的激光器产生前所未有的强太赫兹场铺平了道路有望催生新型的粒子加速器或强场物理实验平台。赋能时域光谱与通信能够同时控制太赫兹的空间模式实心/空心和频谱特性意味着科学家可以针对不同样品如半导体、生物组织定制最适合的探测光束或者为6G通信设计携带更多信息的结构光场。技术集成潜力巨大论文最后提到未来将“飞行焦点”所需的光栅和反射镜集成到单一光学元件上将使该系统更加紧凑和易用。届时这项技术将有望走出实验室成为太赫兹科学与应用领域的“标准配置”。图1双色飞行焦点通过光致电离产生太赫兹辐射图2亚光速与超光速双色飞行焦点脉冲产生轴上发射与锥形发射图3双色飞行焦点脉冲产生聚焦更紧致的太赫兹辐射图4飞行焦点速度调控太赫兹频谱而不改变太赫兹自身的聚焦传播速度【注】小编水平有限若有误请联系修改若侵权请联系删除