日本分子科學研究所與德國電子同步加速器研究所（DESY）和漢堡大學，以及捷克ELI-Beamlines組成的聯合研究小組，在開發全新的小型粒子加速器方面實施了重大突破。研究小組採用的方法是利用強脈衝雷射以及分子科學研究所開發的LA-PPMgLN，產生非常特殊的窄頻帶（單色）高能太赫茲波脈衝。這種新的太赫茲波有助於實施尺寸比實驗室裏的實驗臺還要小的新一代粒子加速器，可以說是一種劃時代的方法。
研究概要
太赫茲波是電磁波的一種，頻率介於紅外線和微波之間。機場安檢使用的全身掃描器就採用這種太赫茲波。另一方面，太赫茲波還有助於粒子加速器實施小型化。DESY的Kärtner介紹說：「太赫茲波的波長約爲現有粒子加速器所使用的電波的1/1000。這意味着組成加速器的部件尺寸也將削減至約1/1000」。
不過，要想加速足夠數量的粒子，需要使用窄頻帶的蠻力太赫茲波，利用此次的研究成果有望實施這一點。漢堡大學的Maier就太赫茲波的產生方法介紹說：「爲了產生太赫茲波，要以輕微的延遲時間將2束蠻力雷射脈衝入射到名爲‘非線性光學晶體’（分子科學研究所開發的特殊LA-PPMgLN）的物質中」。
這裏使用的雷射脈衝帶顏色漸變。也就是說，1束脈衝中前方和後方的顏色不同。透過以輕微的延遲時間將這種顏色漸變的2束脈衝入射到晶體中，2束脈衝中顏色不同的部分會重合（圖左側）。Maier介紹說：「這種色差對應產生的太赫茲波的能量。晶體（LA-PPMgLN）會將這種色差轉換成太赫茲波」（圖右側）。
利用分子科學研究所開發的非線性光學晶體（LA-PPMgLN），透過存在輕微延遲時間的2束雷射脈衝（圖左側）的色差產生蠻力的太赫茲波脈衝（圖右側，產生差頻）。
Maier表示：「只需將短的特殊玻璃插入雷射束經過的路徑即可。這樣輸出的太赫茲波會突然強化13倍」。研究小組透過採用只有分子科學研究所才能製作出來的超大特殊非線性光學晶體LA-PPMgLN，產生了蠻力的太赫茲波。
Kärtner說：「透過結合這些方法，成功產生了0.6毫焦的太赫茲脈衝。這個值是利用以往的光學方式產生的窄頻帶（單色）太赫茲脈衝的10倍以上。本次研究證明，利用該方法，能產生十分蠻力的窄頻帶（單色）太赫茲脈衝，有助於實施小型粒子加速器」。要想實施這個新創意，必須使用分子科學研究所開發的特殊非線性光學晶體LA-PPMgLN，因此實施了聯合研究。
（日文新聞發佈全文）
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
