MRI: Development of a single-mode terahertz free electron lasers for research in materials, physics, chemistry and biology
MRI:开发单模太赫兹自由电子激光器,用于材料、物理、化学和生物学研究
基本信息
- 批准号:1626681
- 负责人:
- 金额:$ 74.93万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-08-01 至 2021-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The terahertz frequency range lies at the heart of the electromagnetic spectrum, between the domains of electronics and optics. An electromagnetic wave with a frequency of one terahertz oscillates one trillion cycles per second?about 1000 times faster than the electromagnetic waves used by cell phones, and 500 times slower than the electromagnetic waves that constitute visible light. Terahertz electromagnetic waves have been, so far, relatively little used by society because they are hard to generate. However, that is changing rapidly, propelled by revolutions in optics and electronics. The UC Santa Barbara Free-Electron lasers are the brightest sources of tunable terahertz radiation in the world. This project will increase the brightness available to users of the UCSB Free-Electron Laser facility by a factor between 100 and 1000. The upgraded facility will enable fundamental research on the interaction of electromagnetic radiation with electronic materials, molecules, and biological matter. The insights gained from this fundamental research will have important implications for information technology, defense, and biotechnology. Terahertz technology is rapidly advancing, with tabletop sources now available that generate peak electric fields in excess of 1 MV/cm (peak power 106 W) in pulses with bandwidths of ~1 THz, and much more compact electronic sources that generate mW powers with sub-kHz linewidths. An increasing number of fascinating scientific questions and important technological developments require access to tunable terahertz electromagnetic fields with very high spectral brightness, which combine extremely high power and electric field with extremely narrow linewidth. The major research instrumentation to be developed here will greatly enhance the state of the art in this high-power/narrow-linewidth niche. The UC Santa Barbara Free-Electron Lasers, which are tunable from 0.24 to 4.5 THz with 1 kW power in few-microsecond pulses, will be enhanced by reducing the linewidth of the emitted radiation to 1 MHz over their entire tuning range while precisely controlling and measuring the frequency of the emitted radiation and enabling ?slicing? of the Free-Electron Laser (FEL) output into a series of pulses with durations variable from ~1 ns to the full few-microsecond pulse duration. The free-electron laser enhancements will enable important new research in condensed matter physics, chemistry and biology by (1) improving the precision and control of several experimental methodologies that have already been developed at the UC Santa Barbara FEL facility, and (2) enabling some experiments that could not previously be envisioned. This development heavily leverages more than 35 years of infrastructure, investment, institutional commitment, and expertise at UC Santa Barbara.
太赫兹频率范围位于电磁频谱的核心,介于电子和光学领域之间。 频率为 1 太赫兹的电磁波每秒振荡一万亿周期,比手机使用的电磁波快约 1000 倍,比构成可见光的电磁波慢 500 倍。 到目前为止,太赫兹电磁波在社会上的使用相对较少,因为它们很难产生。 然而,在光学和电子革命的推动下,这种情况正在迅速改变。 加州大学圣巴巴拉分校自由电子激光器是世界上最亮的可调谐太赫兹辐射源。该项目将使 UCSB 自由电子激光设施用户的亮度提高 100 至 1000 倍。升级后的设施将能够对电磁辐射与电子材料、分子和生物物质的相互作用进行基础研究。从这项基础研究中获得的见解将对信息技术、国防和生物技术产生重要影响。 太赫兹技术正在迅速发展,现在可以使用桌面源,在带宽约为 1 THz 的脉冲中产生超过 1 MV/cm(峰值功率 106 W)的峰值电场,以及更紧凑的电子源,以亚赫兹产生 mW 功率。 -kHz 线宽。 越来越多令人着迷的科学问题和重要的技术发展需要获得具有极高光谱亮度的可调谐太赫兹电磁场,该电磁场将极高的功率和电场与极窄的线宽结合在一起。 这里将开发的主要研究仪器将极大地提高这一高功率/窄线宽领域的技术水平。 加州大学圣塔芭芭拉分校的自由电子激光器可在几微秒脉冲内以 1 kW 功率在 0.24 至 4.5 THz 范围内调谐,通过在整个调谐范围内将发射辐射的线宽降低至 1 MHz,同时精确控制和测量发射辐射的频率并启用“切片”自由电子激光器 (FEL) 输出为一系列脉冲,持续时间从约 1 ns 到完整的几微秒脉冲持续时间。自由电子激光增强功能将通过以下方式实现凝聚态物理、化学和生物学方面的重要新研究:(1) 提高加州大学圣巴巴拉分校 FEL 设施已开发的几种实验方法的精度和控制,以及 (2) 实现一些以前无法想象的实验。 这一开发项目很大程度上利用了加州大学圣巴巴拉分校 35 年以上的基础设施、投资、机构承诺和专业知识。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Reconstruction of Bloch wavefunctions of holes in a semiconductor
- DOI:10.1038/s41586-021-03940-2
- 发表时间:2021-11-04
- 期刊:
- 影响因子:64.8
- 作者:Costello, J. B.;O'Hara, S. D.;Sherwin, M. S.
- 通讯作者:Sherwin, M. S.
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