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。     

紧聚焦强激光脉冲中电子的非对称性辐射

为了获得紧聚焦脉冲激光作用下电子的辐射特性,采用非线性Thomson散射理论和线偏振紧聚焦激光脉冲与单电子的相互作用模型,利用MATLAB完成数值模拟,获得了电子的运动特性、不同观测角度下的功率与能量分布,以及最大辐射方向上的功率与能量.结果表明,与平面波激光脉冲作用下的非线性Thomson散射现象相似而又不同,在紧聚...     

基于整形飞秒激光脉冲泵浦光电导天线的宽带太赫兹辐射研究

飞秒激光脉冲泵浦光电导天线可以产生宽带太赫兹脉冲辐射。采用具有缓慢上升-快速下降整形脉冲包络的飞秒激光脉冲与光电导天线作用产生宽带太赫兹辐射,基于Drude-Lorentz模型计算了太赫兹辐射的规律,并讨论了激光脉冲脉宽和半导体载流子寿命对太赫兹辐射产生的影响。研究结果表明,尽管这种整形飞秒激光脉冲的能量有所损失,但是这种泵浦方式能够比普通飞秒激光脉冲泵浦光电导天线产生更宽的太赫兹辐射。该结果为实验上基于光电导天线产生宽带太赫兹脉冲辐射提供了新的思路     

Terahertz imaging system based on LT-GaAsSb antenna driven by all-semiconductor femtosecond source

A source of terahertz radiation based on a LT-GaAsSb antenna excited by a 1.04 mum 480 fs pulse train from a vertical external cavity surface emitting laser is described. Images of samples were acquired using bolometer detection     

产生太赫兹辐射源的Nd:YAG双波长准连续激光器

产生太赫兹波辐射的方法可分为电子学和光子学两大类.在光子学领域,非线性光学差频方法是获取高功率、低成本、便携式、室温运转太赫兹波的主要方法之一.实验研究了激光二极管(LD)端面抽运Nd:YAG1319 nm/1338 nm双波长准连续线偏振运转激光器,理论计算了输出双波长在非线性晶体DAST(4-N,N-dimethylamino-4'-N-'methyl-stilbazolium tosylate)中差频产生太赫兹辐射的平均功率.在重复频率50 kHz时,双波长激光平均输出功率达到2.22 W,斜率效率12.72%,线偏振度0.983,脉冲宽度71.91 ns.M2因子仅为1.165,不稳定性小于0.487%.根据非线性差频理论,计算出可在1 mm厚DAST晶体中获得4.71 mw的3.23 THz高相干性太赫兹波辐射.这两条非常接近的谱线为进一步通过非线性光学差频方法获得高相干性太赫兹波提供了理论基础.     

圆偏振周期量级红外激光脉冲驱动产生太赫兹辐射

研究了周期量级的圆偏振激光在空气中成丝产生太赫兹辐射的偏振特性。将中心波长1.8 m、脉宽8.6 fs 的圆偏振红外激光脉冲聚焦到空气中,形成等离子体细丝,产生太赫兹辐射。通过测量太赫兹辐射的偏振状态,和偏振方向与驱动激光载波-包络相位的关系,发展太赫兹波偏振控制的方法。实验结果表明,太赫兹辐射为椭圆偏振,而且偏振平面随着驱动激光载波-包络相位的变化而转动。这对太赫兹波的偏振控制有重要意义,并为周期量级激光载波-包络相位的测量提供了新方法。     

基于光学技术的太赫兹相干辐射源研究

由于太赫兹辐射的独特性质和潜在的应用价值, 国内外关于太赫兹波的产生和探测的研究正呈现日益繁荣的景象, 目前太赫兹相干辐射源的研究已成为太赫兹技术领域最重要的前沿课题之一。介绍了产生太赫兹相干辐射的三种主要途径：一是光学技术, 它从高频向低频发展, 其代表为太赫兹激光器, 如气体激光器、半导体激光器和量子级联激光器等; 二是电子学技术, 它由低频向高频发展, 如微波管、固体微波源等; 三是光电子技术, 其频率由1 THz向两侧展宽, 采用超快激光脉冲触发产生太赫兹脉冲。设计了基于光学技术的太赫兹相干辐射系统, 该装置根据气体振转能级跃迁原理, 采用高压直流激励方式产生受激辐射, 波导管谐振腔体, 工作气体为N2, CD4和D2, 经过优化设计, 预计可以产生1.54 THz和1.58 THz的波连续输出。     

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。     

激光脉冲初始相位对电子辐射的影响

为了研究超短超强椭圆偏振激光初始相位对于高能电子辐射特性的影响, 采用了Lorentz方程与电子能量方程构造高能电子与强激光场的对撞模型的方法, 并使用MATLAB进行数值模拟, 获得了电子的运动轨迹以及激光场空间辐射的功率与能量分布的数据与图像, 对不同的激光初始相位所对应的3维空间辐射特性进行了研究。结果表明, 当激光脉冲撞击电子时, 电子产生辐射, 且辐射功率呈现出双峰形; 高能电子的辐射功率图像在初始相位为0°, 180°和360°时表现为对称型双峰, 而在其它相位下则呈现出非对称型双峰。该结论为超短超强椭圆偏振激光的初始相位3维反探测研究提供了一定的基础。     

Photomixing in resonant laser-assisted field emission - a new technique for wide-band-tunable terahertz sources

When optical radiation is focused on a nanoscale field emitter tip, the potential and emitted current follows each cycle of the radiation field. Nonlinearity causes mixing of the optical radiation from two lasers so that current oscillations from dc to over 500 THz can be created at the tip. Several different methods are considered for coupling these signals directly from the tip, while avoiding losses from shunting by the anode capacitance, and prototypes are described that use two of these methods. Analyses, which are consistent with measurements of the current oscillations in field emission that are caused by a transistor-transistor logic amplitude-modulated laser diode, show that this technique offers promise as a new method for wide-band-tunable terahertz sources.     

808 nm近红外激光辐照三种不同的离体人组织的光传输特性

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理以及运用生物组织的光学模型 ,研究了 80 8nm激光及其线偏振激光辐照人正常小肠、人正常膀胱和人膀胱癌组织的光学特性。结果表明 ,Kubelka Munk二流模型下 ,人正常膀胱组织与人膀胱癌组织对 80 8nm激光及其线偏振激光的各个光学特性参量均有非常显著的差异 (P <0 0 1)。人正常膀胱组织对 80 8nm激光及其线偏振激光的光学特性参量均有差异 ,其中吸收系数和有效衰减系数有明显差异。人膀胱癌组织对 80 8nm激光及其线偏振激光的光学特性参量均没有显著性差异 (P >0 0 5 ) ,表明人膀胱癌组织对 80 8nm线偏振激光的退偏振较大。人正常小肠组织对 80 8nm激光及其线偏振激光的光学特性参量均有显著性差异 (P <0 0 1) ,表明人正常小肠组织对 80 8nm线偏振激光的退偏振较小。在Kubelka Munk二流模型下 ,80 8nm激光及其线偏振激光辐照三种人组织的光强分布均有明显的不同     

High-intensity laser-driven particle and electromagnetic wave sources for science, industry, and medicine

We simultaneously observed both the fast proton generation and terahertz (THz) radiation in the laser pulse interaction with a thin-foil target.The maximum proton energy of ～2.3 MeV and an intense THz radiation were observed at the pulse duration of ～30fs.We also measured the proton beam and UV harmonics from a thin-foil target by changing the laser pulse duration.In the case of the ～500 fs, peaks of UV harmonics up to fourth order appeared.This unique combination of the multiple beams will provide useful applications such as pump-probe experiments.     

Multiwave Cherenkov generator with linearly polarized radiation

A multiwave Cherenkov generator with an asymmetric superdimensional slow-wave structure that generates the linearly polarized radiation is proposed and experimentally studied. The pulses of the linearly polarized radiation with a wavelength of 3.25 cm, a pulse duration of 30 ns, and a power of 850 MW are generated at electron energy of 470 keV and a beam current of 4.9 kA in a relatively weak magnetic field of 4.3 kG. It is demonstrated that the generation efficiency is 30% for almost Gaussian field distribution.     

全固态皮秒径向偏振激光器及其加工特性

在自主研制的全固态皮秒激光器基础上,腔外加入偏振转换元件输出皮秒径向偏振激光,并对其进行侧泵Nd:YAG晶体放大,最终得到中心波长1 064 nm、平均功率1.95 W、重复频率1 kHz、峰值功率1.77108 W、光束质量2.95以及纯度92%的皮秒径向偏振激光器。用该激光器对0.5 mm厚不锈钢材料进行钻孔和刻槽实验,并与同等加工工艺参数条件下皮秒线偏振激光器钻孔圆度和刻槽深度进行对比,分析两种激光器对加工效果的影响。实验结果表明,相比皮秒线偏振激光,利用皮秒径向偏振激光进行加工,钻孔圆度更好、刻槽深度更深且槽侧壁更为平坦。该结果为皮秒径向偏振激光器在材料加工领域的应用提供参考。     

全光纤化高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器

建立了双包层调Q光纤激光器的速率方程,并利用一个全光纤化的声光调Q光纤激光器作为种子源,双包层掺镱保偏光纤作为增益介质,研制了一个全光纤化的高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器。在泵浦功率38.4 W,偏振种子激光功率0.6 W,重复频率40 kHz,脉冲宽度为30 ns时,获得了偏振激光输出29.8 W,偏振消光比大于10 dB。在高功率输出时,激光光束质量因子（M2）达到了1.32。     

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。     

Measurement of spatio-temporal terahertz field distribution byusing chirped pulse technology

The authors report the use of an optoelectronic system for the measurement of terahertz (THz) pulses by using chirped pulse technology. This system measures the spatio-temporal distribution of free-space pulsed radiation with an unprecedented data acquisition-rate. Using a linearly chirped optical probe pulse with an electro-optic crystal, a temporal waveform of a copropagating THz field is linearly encoded onto the frequency spectrum of the optical probe pulse and then decoded by dispersing the probe beam from a grating to a detector array. Acquisition of picosecond THz field pulses without using mechanical time-delay devices have been achieved. A single-shot electro-optic measurement of the temporal waveform of a THz pulse has been demonstrated. Unparalleled by other THz sampling techniques, this single-shot method provides what is believed to be the highest possible data-acquisition rate. Temporal resolution, sensitivity, optimal optical bias point of electro-optic modulation, potential applications, and possible improvements are also discussed. In principle, this technique can also be used in magneto-optic measurements     

偏振可调的太赫兹光电导天线设计北大核心

提出了一种偏振可调的太赫兹光电导天线,其结构由四个弧形金属电极、低温砷化镓衬底和氮化硅抗反射涂层构成。通过对光电导天线的工作原理分析,可以发现弧形金属电极结构决定天线的辐射偏振,且衬底的载流子迁移率、载流子寿命和衬底材料对激光的吸收直接影响天线的辐射特性。利用COMSOL软件对该光电导天线进行建模仿真,其结果表明该光电导天线可以在45°方向倍增地辐射线偏振太赫兹波,且辐射强度相较于常规光电导天线提高了30%,辐射带宽高达10 THz。所设计太赫兹光电导天线具有偏振可调、结构简单和易于加工等特点,在太赫兹光谱检测领域具有广阔的应用前景。     

Generation of coherent terahertz radiation by polarized electron-hole pairs in GaAs/AlGaAs quantum wells

The generation of coherent terahertz radiation upon the band-to-band femtosecond laser photoexcitation of GaAs/AlGaAs multiple-quantum-well structures in a transverse electric field at room temperature is investigated. The properties of the observed terahertz radiation suggest that it is generated on account of the excitation of a time-dependent dipole moment as a result of the polarization of nonequilibrium electron-hole pairs in quantum wells by the electric field. The proposed theoretical model taking into account the dynamic screening of the electric field in the quantum wells by nonequilibrium charge carriers describes the properties of the observed terahertz signal.     

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%。