高能電子束的品質好壞可以由束流的束散度大小判斷，而束散度則是電子束中各個電子的位置及動量在六維相空間中分佈之體積。束散度數値愈小則表示束流品質愈好。所謂高亮度電子束就是束散度極小的強流電子束。以目前較為先進的高亮度束流技術產生之電子束束散度都可以遠小於10 mm-mrad。這樣的電子束在加速器光源的研究發展上有著非常重要的應用。像自由電子雷射、逆康普吞散射及許許多多新型光源，都是利用高亮度高能電子束驅動的。自民國95年起，本中心即投入微波電子槍之研發工作並於民國102年三月完成本國第一套雷射激發光陰極微波電子槍系統之首次運轉。在研發之過程中，我們累積了很多如高能超快雷射、高功率微波、微波電子槍及高亮度電子束設計等未來新一代光源所仰賴的關鍵技術。有鑑於高亮度電子直線加速器技術對未來光源研發的重要性，本中心於民國103年四月成立了高亮度注射器小組。除了維護及提升原有電子槍系統之性能外，我們更積極進行以光陰極微波電子槍為電子源的高亮度電子直線加速器研發工作。這套加速器系統將建置在本中心加速器測試區內，未來應用方向將專注在各種新型超快光源的開發上。
利用高亮度電子束產生同調太赫茲光
本小組研究團隊利用雷射激發光陰極微波電子槍所產生的低束散度電子束，以微波直線加速器中速度群聚的機制來進行電子束團的壓縮與加速產生了數千萬電子伏特之飛秒電子束團並以此超快電子束團通過一個U100平面式聚頻磁鐵來產生窄頻帶、高強度的全同調太赫茲輻射。又以該電子束團通過鋁箔產生了單週期的寬頻太赫茲同調渡越輻射。
表1 高亮度電子束規格
| 電子束電荷量 (pC) |
100 |
| 電子束能量 (MeV) |
62 |
| 電子束束長 (ps, 1σ) |
1.27 |
| 規一化電子束束散度 (mm-mrad) |
10 |
| 系統重複率 (Hz) |
10 |
表2 同調太赫茲光源輸出規格
| 參數 |
同調渡越輻射 (coherent transition radiation) |
同調聚頻磁鐵輻射 (coherent undulator radiation) |
| 電子束電荷量 (pC) |
210 |
280 |
| 電子束能量 (MeV) |
17.7 |
17.7 |
| 電子束束長 (fs, rms) |
490 |
490 |
| 太赫茲中心頻率 (THz) |
-- |
0.62 |
| 太赫茲頻寬 |
-- |
15% |
| 太赫茲能量 (μJ) |
6.7 |
26.4 |
| 系統重複率 (Hz) |
10 |
10 |
| 太赫茲平均功率 |
67 μW |
264 μW |
| 太赫茲尖峰功率 |
9.4 MW |
530 kW |