少数周期光脉冲的初始载波包络相位的测量

提出了利用空气成丝产生的太赫兹波测量少数周期激光的初始载波包络相位（CEP）的方法。空气等离子体产生的太赫兹波形的演变可以用来探测传播中的少数周期激光的载波包络相位的变化。在少数周期强激光场，太赫兹波形反转的数目和反转位置都有规律地依赖于少数周期激光的载波包络相位。利用光电流模型的计算结果表明，在适中的能量范围内，对于所有的初始CEP，太赫兹波形反转点数目是两个或者一个，且在不同输入能量下，总是在初始CEP 为0.5 时，太赫兹波形的两个反转点变为一个反转点。这可以提供准确测量驱动激光场初始CEP 的方法。     

基于少周期激光脉冲与气体等离子体作用的太赫兹到中红外超宽带辐射产生

超强少周期激光脉冲与气体等离子体作用可以产生强的宽带太赫兹脉冲辐射。本文以数值计算为主要工具研究了少周期激光脉冲与气体等离子体成丝作用产生的等离子体电流及对应的太赫兹辐射特性。该过程中的等离子体电离处于多光子电离和隧道电离的过渡阶段。结果显示,该机制能够产生从太赫兹到中红外的超宽带辐射,且辐射的电场振幅是少周期激光脉冲载波相位的周期函数。太赫兹脉冲由激光脉冲脉宽和等离子体电离的时间演化确定,而不是由等离子体密度决定。本文为基于少周期激光脉冲与气体等离子体作用产生超宽带太赫兹辐射的实验提供了一定的理论参考。     

不对称介质中载波包络相位相关的超快多光子现象研究

研究了不对称介质中载波包络相位(CEP)相关的超快多光子过程。研究发现,通过调节周期量级超短脉冲的CEP,能够实现对超快四波混频转换效率的有效控制。而且,进一步研究发现,入射脉冲的CEP能够被极化分子介质中产生的孤子脉冲"记住",这一崭新的效应提供了一种测量未经放大周期量级超短激光脉冲CEP的新方案。另外,研究了半抛物量子阱(QW)中的载波拉比振荡效应的物理机制。     

可产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源

基于太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统，使用两个相互垂直的光电导天线构建了1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列。通过调控各个阵元的偏置电压，对其辐射太赫兹波的偏振方向进行研究。结果表明：在已实现光电导发射天线阵列的高效合成以及可同时检测脉冲太赫兹波的振幅、相位及偏振态的探测天线的基础上，通过调控各个阵元的偏置电压分别改变了平行和垂直两个阵元辐射太赫兹波的强度；经过1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列在远场的同步合成，可产生不同偏振方向的脉冲太赫兹波，实现了以全电控的方式产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源。     

离轴涡旋光束诱导空气等离子体产生太赫兹波

使用涡旋光束代替高斯光束作为产生光源,研究了涡旋光束产生太赫兹波的过程。探究了具有不同拓扑荷数的涡旋光束在产生太赫兹波时的差异,相位奇点的位置对产生太赫兹波的影响,不同脉冲强度和激光波长下涡旋光束产生的太赫兹波能量、频谱和偏振的变化。结果表明,产生的太赫兹波强度会随涡旋光束拓扑荷数的变化而变化,并且与涡旋中心的位置密切相关。涡旋光束所产生的太赫兹波随脉冲强度和激光波长的变化趋势与高斯光束一致。高斯光束与涡旋光束产生的太赫兹波在频谱和偏振上的变化趋势一致。     

气体等离子体产生太赫兹波的特性研究

基于光电流模型,对不同偏振情况的双色飞秒激光脉冲聚焦产生的气体等离子体中辐射出的太赫兹波特性进行了研究。根据光电流理论,气体分子被电离释放出的自由电子在非对称的激光场的作用下运动形成电子电流,产生在太赫兹波段的辐射。研究结果表明,太赫兹辐射的偏振特性与强度和入射双色激光的偏振特性紧密相关,仅当双色脉冲均为线偏振时,辐射出的太赫兹波才为线偏振,且强度受到双色脉冲偏振方向的夹角的影响;而对于实验中经过倍频晶体后变成椭圆偏振的基频光,太赫兹强度与倍频晶体的具体放置情况有很大关系,并且产生的太赫兹为椭圆偏振。     

超快激光成丝产生太赫兹波的研究

研究了超快激光脉冲成丝辐射太赫兹(Terahertz, THz)波.考虑到THz 波在安全检查和国防建设等方面具有十分重要的意义, 文中总结了超快激光成丝产生太赫兹波的物理机制和控制技术, 并对各种相关理论和技术进行了分析.文章从理论模型、偏振特性和远场角分布情况等方面来介绍物理机制, 并探讨为满足应用需求的控制技术, 主要包括强度、偏振和波形控制.研究表明, 超快激光成丝辐射太赫兹波的产生方式、理论模型和控制形式均有多种, 其中理论模型主要包括四波混频模型和光电流模型, 强度控制技术主要包括双色场泵浦和在光丝通道两侧施加偏压.     

强直流场下空气等离子体产生的太赫兹波的特性研究

研究了强直流偏压场下的800 nm飞秒激光电离空气等离子体产生的太赫兹波.通过改变直流偏置场的方向,使之垂直或平行于泵浦光偏振方向,对太赫兹波的偏振特性进行了系统的研究.研究结果表明太赫兹波的产生是有质动力和直流偏置场的共同作用结果,外直流偏置场能够放大和调制总的太赫兹波.     

基于激光成丝的太赫兹时域光谱系统研究综述

太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术是一种使用相干探测的频谱分析手段。THz-TDS系统集太赫兹波发射器与探测器于一体,通过相干探测,可以同时获取太赫兹脉冲的电场强度和相位信息,广泛用于生物、材料、安检等领域。超快激光成丝产生太赫兹波是当前产生宽频谱、高强度太赫兹辐射的一个重要途径。文章详细介绍了超快激光成丝辐射太赫兹波的主流物理机制以及增强、调控太赫兹波的主要方法,阐述了基于激光成丝的THz-TDS系统的探测原理和探测手段。     

GaP,GaAs和PPLN晶体级联差频产生太赫兹辐射

研究周期极化磷化镓晶体(GaP)、砷化镓晶体(GaAs)和周期极化铌酸锂晶体(PPLN)准相位匹配级联差频产生太赫兹辐射,相较于差频过程,级联过程太赫兹辐射输出功率增大9.5倍。通过分析三波耦合方程,计算并比较晶体的波矢失配量、极化周期和太赫兹功率,结果显示,基于GaP晶体产生的太赫兹功率略大于GaAs晶体输出的功率;GaAs晶体的极化周期最小;PPLN晶体的波矢失配量和极化周期取值范围最小,而输出的太赫兹功率和转换效率最高。建立基于周期极化掺氧化镁铌酸锂晶体(MgO:PPLN)准相位匹配原理的宽调谐激光系统,分析吸收因子对输出太赫兹功率的影响,计算级联差频峰值功率和转换效率。十五阶峰值功率3.72 MW,泵浦光总能量到太赫兹辐射能量的转换效率是3.72%。     

通过圆偏振光提高飞秒激光诱导击穿光谱的发射强度

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速、实时的元素成分分析技术。为了提高LIBS的灵敏度,人们已经提出多种方法来提高LIBS的光谱强度。本文采用飞秒脉冲激光烧蚀黄铜产生LIBS,对比了圆偏振和线偏振下LIBS光谱的强度,结果发现圆偏振下的光谱强度比线偏振下的强,光谱强度大约提高了15%。采用飞秒激光照射金属时,金属内部的自由电子吸收光子的能量。在线偏振飞秒激光场中,电子在脉冲的每个光学周期中经历交替的加速和减速;而圆偏振飞秒激光可以连续加速电子,因此电子可以获得更高的能量,这使得圆偏振飞秒激光产生的光谱强度不同于线偏振飞秒激光产生的光谱强度,圆偏振激光有助于改善飞秒LIBS信号的强度。     

周期量级激光脉冲中里德堡原子光电离的不对称性

采用全量子非微扰散射理论,研究了周期量级微波频率激光脉冲中高激发里德堡态铷原子光电离的不对称现象。发现了光电子角分布的不对称性,这一不对称性由电离过程中不同跃迁通道之间的干涉引起。讨论了光电子角分布的不对称性对载波-包络（Carrier-Envelo?pe , CE）相位、脉冲宽度及光电子能量的依赖性,发现光电子角分布的不对称性随CE相位、脉冲宽度及光电子能量的变化有显著变化。这一研究证实了最近的实验观测,为微波频率光学范畴内CE相位的测量及光电子角分布的控制提供了一种有效的方法。     

圆偏振光偏振复用激光通讯系统

提出了一种采用圆偏振光的偏振复用通讯系统。其基本设想是信号光在空间中以左 旋和右旋圆偏振光的形式进行传播,在接收端将这两种偏振光区分并分别接收。本文详细论证了在两个相对运动点之间采用圆偏振光实现偏振复用激光通讯的可行性。     

圆偏振周期量级激光脉冲作用下电子辐射的空间分布

在电子汤普孙散射的经典理论的基础上,通过理论分析和计算机模拟,研究圆偏振周期量级激光脉冲作用下电子辐射的空间分布特性,提出可能的应用方向。研究发现,在相对论光强下,随着激光强度的增强,电子辐射逐渐增强,能量不断的向辐射中心集中,辐射能量分布的方向性逐渐突出;当改变激光的初相位时,电子辐射的总体方向发生偏移,表现为辐射分布图形的对称平面发生旋转,且旋转角度与激光初相位角改变大小相同。本文所进行的相关探讨基于电子辐射的三维空间立体图,所得到的有关电子谐波辐射的结论,可以为实验和工程上对电子辐射和激光参数测量的相关应用提供参考。     

Temperature-Controlled Optical Activity and Negative Refractive Index

Chiral media exhibit optical activity, which manifests itself as differential retardation and attenuation of circularly polarized electromagnetic waves of opposite handedness. This effect can be described by different refractive indices for left- and right-handed waves and yields a negative index in extreme cases. Here, active control of chirality, optical activity, and refractive index is demonstrated. These phenomena are observed in a terahertz metamaterial based on 3D-chiral metallic resonators and achiral vanadium dioxide inclusions. The chiral structure exhibits pronounced optical activity and a negative refractive index at room temperature when vanadium dioxide is in its insulating phase. Upon heating, the insulator-to-metal phase transition of vanadium dioxide effectively renders the structure achiral, resulting in absence of optical activity and a positive refractive index. The origin of the structure's chiral response is traced to magnetic coupling between front and back of the structure, whereas the temperature-controlled chiral-to-achiral transition is found to correspond to a transition from magnetic to electric dipole excitations. The use of a fourfold rotationally symmetric design avoids linear birefringence and dichroism, allowing such a structure to operate as tunable polarization rotator, adjustable linear polarization converter, and switchable circular polarizer.     

两类单阿秒脉冲产生技术的相位依赖性分析

为了分析目前国际上现有的两类高次谐波极紫外单阿秒脉冲产生技术——振幅选通技术和偏振选通技术在驱动脉冲场载波-包络相位设置方面的差异,基于这两类单脉冲产生技术基本原理并借助于高次谐波产生3步理论分析模型,半定量分析了这两类技术的驱动光场载波-包络相位依赖性及其差异。结果表明,两者的最佳驱动脉冲场载波-包络相位设置分别为0与0.5π,出现此差异的根本原因是高次谐波现象对驱动光场偏振度的高度依赖性。此分析结果对更短脉宽极紫外阿秒脉冲光源的产生和相关应用具有重要的参考价值。     

双波长波片导致的脉冲分离对双色场辐射太赫兹波的影响

由于群速度的偏振依赖性,飞秒激光脉冲入射到双波长波片时出射光脉冲会分离为两个具有一定时间延迟的飞秒激光脉冲。从实验和理论模拟两方面研究了双波长波片导致的脉冲分离现象对飞秒激光双色场成丝辐射太赫兹(THz)波效率的影响。实验结果表明,脉冲分离导致的时间延迟会降低双色场辐射THz波的效率,可通过零级双波长波片缩短分离脉冲之间的时间延迟,有效提高THz波的产生效率。     

Complex signal received through an anisotropic panel intercepting acircularly polarized beam

An inclined planar panel, which is generally anisotropic, intercepting a circularly polarized beam introduces loss and phase shift, and depolarizes the received signal. Orthogonal linearly polarized waves aligned to the symmetry planes are often used in the measurement of such panels. Using these data, convenient graphs are presented to illustrate the loss and phase shift of a circularly polarized beam, as well as the amount of depolarization into an orthogonal circularly polarized channel, without explicitly determining the intermediate axial ratio or polarization ellipse tilt angle of the emerging wave     

Symmetry‐Breaking Response of Azo Molecular Glass Microspheres to Interfering Circularly Polarized Light: From Shape Manipulation to 3D Patterning

This work investigates symmetry‐breaking deformation of azo molecular glass microspheres induced by interfering circularly polarized light, and related particle shape manipulation as well as 3D patterning. The isolated microspheres and microsphere monolayers are obtained from an azo molecular glass (IA‐Chol) by the solution dispersion method and soft‐lithography, respectively. Unique symmetry‐breaking deformation is observed for the microspheres upon exposure to the spatially modulated light field, which is produced by interference of two orthogonally polarized laser beams with the right‐circular polarization (RCP) and left‐circular polarization (LCP). Two distinct deformation modes are developed upon the irradiation with the interfering beams in RCP:LCP and LCP:RCP superposition manners, respectively. The unique morphologies with the symmetry‐breaking characteristics are caused by mass transfer induced by the light irradiation. For the microsphere monolayers, the deformations of the microspheres not only capture and record the polarization states of the light field, but also create various surface patterns combining the symmetry‐breaking deformations and periodic surface modulation. A variety of unique surface patterns are obtained by irradiation with the interfering circularly polarized waves with the orthogonal and also the same‐handed polarizations. The material and methodology developed in this study are promising for applications in sensing, optics, responsive surfaces, and others.