基于光栅倾斜脉冲前沿的太赫兹脉冲单次测量

太赫兹脉冲单次测量技术对于不可逆或者单次超快过程的太赫兹光谱研究具有重要意义。为了实现无畸变的高频率分辨率的太赫兹脉冲单次探测,利用光栅产生了一束具有倾斜前沿的飞秒探测脉冲,并利用该探测脉冲实现了对太赫兹脉冲时域电场波形的单次测量,测量时间范围达到20 ps,频谱覆盖0.1 THz~2.5 THz范围。且测量的结果与使用传统电光采样方法测量的结果相符合。对于基于光栅产生倾斜脉冲前沿的太赫兹脉冲单次测量方法进行了建模分析,获得了光栅和光学元件参数的选取,以及光路设计等指导性结论。     

基于波前倾斜的太赫兹单次测量研究

太赫兹单次测量技术可以对一些超快不可逆过程进行快速测量,在蛋白质变性、核爆模拟分析等领域具有广阔的应用前景。从飞秒激光放大器发出的光脉冲分成两束并分别经过两块光栅产生波前倾斜,一束作为抽运光激发铌酸锂晶体,基于光整流效应产生高功率太赫兹波;另一束作为探测光,采用正交平衡探测法探测。利用该光路产生太赫兹脉冲并对其进行单次测量,系统的时间窗口为16.8 ps,频谱范围覆盖0.1～1.6 THz。     

太赫兹辐射的时域光谱单发探测

随着大功率激光技术的发展,由其驱动产生的太赫兹辐射受到了广泛关注。然而,大功率激光装置的重复频率低,测量其产生的太赫兹辐射的难度较大。采用时域光谱单发探测技术可以克服这一探测难点,通过单次测量就能得到太赫兹辐射的电场波形信息。回顾了太赫兹辐射时域光谱单发探测的相关研究工作进展。根据频率-时间编码和空间-时间编码两种不同的原理,详细介绍了啁啾脉冲光谱编码探测和空间-时间编码探测等测量技术,并对各个测量技术的特点和参数进行了对比,最后对太赫兹辐射的单发探测作了总结和展望。     

光调制平衡电光检测

介绍了一种新的电光检测方法,即光调制平衡电光检测技术.它通过调制探测光信号,利用差分平衡,实现对样品电场的锁相检测.这种方法不调制被测电信号,可彻底消除对被测电场的影响,而且方法简单,便于操作.介绍了光调制平衡电光检测系统及检测原理,以GaP为样品,对静态电场进行了模拟测量.将此方法应用于电光取样技术,测量了GaAs共面波导在频率为3GHz下的微波信号.     

太赫兹脉冲能量测量

利用太赫兹波的单啁啾脉冲电光探测技术,通过调节实验装置中λ/4波片晶轴与探测激光线偏振方向成45°,可以巧妙地得到太赫兹波的绝对电场强度.利用CCD阵列,通过抽运探测的方法可以得到太赫兹脉冲的光斑尺寸,进而在两步实验的基础上计算得到太赫兹脉冲的能量.提供了一种行之有效的测量太赫兹脉冲能量的实验方案.     

光调制平衡电光检测

介绍了一种新的电光检测方法 ,即光调制平衡电光检测技术 .它通过调制探测光信号 ,利用差分平衡 ,实现对样品电场的锁相检测 .这种方法不调制被测电信号 ,可彻底消除对被测电场的影响 ,而且方法简单 ,便于操作 .介绍了光调制平衡电光检测系统及检测原理 ,以 Ga P为样品 ,对静态电场进行了模拟测量 .将此方法应用于电光取样技术 ,测量了 Ga As共面波导在频率为 3GHz下的微波信号 .     

ZnTe晶体对太赫兹波的电光响应及极化匹配

给出了ZnTe电光晶体折射率和吸收系数随太赫兹波频率而变化的计算曲线,比较了太赫兹波在ZnTe中传播时的相速度和群速度。通过与太赫兹频率和晶体厚度相关的电光效率响应函数,理论计算了ZnTe电光晶体对太赫兹脉冲的探测电光响应,得到了晶体厚度与探测到的太赫兹频谱宽度的定性关系,从计算结果中找到了ZnTe电光晶体在5.3 THz和6.2 THz等多个频点的探测盲点,这些探测盲点来自于ZnTe电光晶体与相应频点太赫兹波的栅格共振吸收。结合自制的大口径太赫兹光导天线和1 kHz脉冲重复频率的太赫兹时域光谱实验系统,通过差分探测技术,从实验上得到了太赫兹波极化方向与〈110〉型ZnTe晶体晶轴方向的六个最佳匹配角度,给出了太赫兹电场最大值随晶轴与太赫兹波极化方向之间夹角变化的曲线及经验公式,这将有利于在实践中对该现象的深入理解和对探测灵敏度的有效提高。     

探测光波长对太赫兹波电光取样探测技术的影响

由于太赫兹波电光取样探测技术中电光晶体存在的色散关系, 探测光的波长会直接影响到电光取样的探测带宽和效率.由于该色散关系的存在, 不同的电光晶体在电光取样中响应函数不同.本文研究了两种典型的电光晶体-碲化锌和磷化镓晶体的响应函数, 发现在选取的四种探测激光波长内(600 nm、800 nm、1200 nm、1600 nm), 800 nm的探测激光更合适碲化锌晶体, 1200 nm的激光更合适磷化镓晶体.对于不同厚度的晶体, 存在一个最优化的探测激光波长, 使得该晶体的电光响应函数有最宽的带宽.     

太赫兹空气相干探测技术中锁相放大器参数的影响与优化

锁相放大器在微弱信号测量中有非常重要的作用。在太赫兹空气相干探测技术中利用外置调制电场对激光在气体中四波混频作用产生的二次谐波进行调制,并以调制电场的频率作为锁相放大器的参考频率,能够完成对微弱的激光二次谐波的测量,使得二次谐波和太赫兹波电场成正比,从而将该探测技术转换成相干探测技术。采用Simulink对太赫兹空气相干探测技术中的锁相放大器参数的影响进行仿真,研究脉冲信号的宽度和锁相放大器的参数对探测结果的影响,并获得该测量过程所需的最优化参数。研究结果对太赫兹空气相干探测技术中锁相放大器的参数选取和设置有很好的理论参考价值。     

基于频率梳的太赫兹辐射强度测量

为实现太赫兹辐射特性精准认知,开展太赫兹辐射绝对强度测量研究。通过光学频率梳产生太赫兹频率梳,利用太赫兹频率梳实现太赫兹辐射源空间强度测量。本文利用电光采样和光电导探测两种方式,实现了100 GHz辐射源空间辐射强度测量;将100 GHz辐射总功率溯源到标准太赫兹功率计,实现太赫兹辐射强度绝对测量。分析比较了利用800 nm空间光进行电光采样和利用1550 nm光纤激光进行光电导探测的测量结果。本文在不同距离下,对太赫兹辐射源的空间辐射绝对强度进行了测量,实验揭示了太赫兹辐射传输的空间演化特性。     

飞秒脉冲整形控制的可调谐的太赫兹脉冲产生

正太赫兹脉冲具有良好的透视性,由于其波长远大于空气中悬浮的灰尘和大颗粒的物体,使其成为一些特定场合(如火灾现场和沙漠等)的理想光源、产生可调谐以及任意波形的太赫兹脉冲成为研究太赫兹辐射的重要课题、提出了一些飞秒脉冲整形方案来实现任意波形以及可调谐的太赫兹脉冲产生。通过使用方波调制的方法控制飞秒脉冲的形状,这些整形之后的飞秒脉冲串入射到TnZe晶体中,相干产生频域上可调谐的太赫兹脉冲。在时域上,太赫兹脉冲分离成脉冲串,并且通过方波的幅度以及周期调制,得到了相对强度以及相对时间延迟连续可调的太赫兹脉冲串。通过对比方波调制幅度在0.5pi和pi时太赫兹频谱和时域波形的不同形状,进一步阐明了脉冲整形的太赫兹理论,这将有助于对于脉冲整形太赫兹控制方法的理解以及新的控制方法的提出。期待这些结果有助于扩展太赫兹的应用。     

外加电场和磁场对太赫兹辐射产生的影响

通过对半导体太赫兹发射极在有和没有外加电场和磁场作用下发射光谱的测量。说明了外加电场和磁场对太赫兹电磁辐射的产生具有增强作用。采用反射式发射极在飞秒激光作用下辐射太赫兹脉冲的装置，同时利用电光取样方法探测太赫兹电场，得到了这些发射极的时域发射光谱，并通过快速傅里叶变换(FFT)得到了相应的频域光谱。实验表明，太赫兹时域发射光谱和频谱在外加电场、磁场作用下都有增强，但是所发射的频率成分和带宽都没有改变。借助于经典电磁理论的定性分析，认为太赫兹发射光谱在外加电场、磁场作用下的增强起源于半导体中载流子的加速运动受外加电场和磁场的影响。     

探测光波长对太赫兹波电光取样探测技术的影响（英文）

由于太赫兹波电光取样探测技术中电光晶体存在的色散关系,探测光的波长会直接影响到电光取样的探测带宽和效率.由于该色散关系的存在,不同的电光晶体在电光取样中响应函数不同.本文研究了两种典型的电光晶体-碲化锌和磷化镓晶体的响应函数,发现在选取的四种探测激光波长内(600 nm、800 nm、1200 nm、1600 nm),800 nm的探测激光更合适碲化锌晶体,1200 nm的激光更合适磷化镓晶体.对于不同厚度的晶体,存在一个最优化的探测激光波长,使得该晶体的电光响应函数有最宽的带宽.     

基于频率梳的太赫兹辐射功率密度测量

为实现太赫兹辐射特性精准认知,开展太赫兹辐射功率密度测量研究.通过光学频率梳产生太赫兹频率梳,利用太赫兹频率梳实现太赫兹辐射源空间辐射功率密度测量.本文利用电光采样和光电导探测两种方式,实现了100 GHz辐射源空间辐射功率密度测量;将100 GHz辐射总功率溯源到标准太赫兹功率计,实现太赫兹辐射功率密度绝对测量.分析比较了利用800 nm空间光进行电光采样和利用1 550 nm光纤激光进行光电导探测的测量结果.在不同距离下,对太赫兹辐射源的空间辐射功率密度进行了测量和量值溯源,实验揭示了太赫兹辐射传输的空间演化特性.     

时域-频域精密调控光纤激光脉冲产生系统

惯性约束聚变精密物理实验要求高功率激光驱动器具备时域-频域精密调控能力,以实现对激光与等离子体相互作用过程中非线性效应的抑制。基于保偏光纤和单偏振光纤技术,采用温度调谐双振荡器结合两级波导相位调制器实现激光脉冲频域精密调控,采用两级高速电光调制脉冲整形技术实现激光脉冲时域精密调控,将微波射频信号取样检测与声光开关进行连锁以确保整个系统的安全运行。实验获得了光谱带宽为0.15~0.3nm、中心波长范围为1052.4~1053.6nm的连续可调微焦耳级激光脉冲,波长调谐精度为0.1nm,在微焦级实现了对比度大于500…1的高对比度整形激光脉冲,脉冲时间波形顶部调制深度小于10%。     

提取光栅耦合的高电子迁移率晶体管中的太赫兹辐射

借助于傅立叶光谱仪,在具有耦合光栅的高电子迁移率晶体管中观察到了波长在400um左右的微弱的太赫兹辐射。同时使用了一种调制探测技术,从而使得太赫兹辐射的绝对功率能够被提取计算出来。并且发现器件的太赫兹辐射功率正比于源漏电流,而黑体辐射功率则与器件电功率有密切关系。此外,太赫兹辐射对于源漏偏置电压及栅压的依赖性,说明太赫兹辐射是由加速电子与光栅的相互作用而引起的。     

小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性研究

研究了小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性.利用太赫兹时域光谱技术测量了螺旋型光导天线辐射的太赫兹波谱,得到了其时域发射光谱.通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱,同时对两种不同孔径螺旋天线的太赫兹辐射特性进行了比较.实验结果表明,太赫兹信号强度会随偏置电压的增大而增强;在偏置电压和泵浦光功率相同的情况下,较小孔径的...     

太赫兹空气相干探测技术引起的太赫兹脉冲畸变

太赫兹空气相干探测技术是一种宽带探测技术,目前已被广泛应用于宽带太赫兹技术中。该技术的频率响应由探测激光脉冲宽度决定。因此,不同的探测激光脉冲在探测过程可能引起太赫兹脉冲的畸变。本文基于数值计算研究了空气相干探测技术引起的太赫兹脉冲的脉冲畸变和能量损失。结果显示,这种脉冲畸变和能量损失主要依赖探测激光脉冲宽度和待探测的太赫兹脉冲的中心频率。本项工作对于估测在宽带太赫兹技术中使用空气相干探测技术的性能和表现有很好的帮助。     

小孔径蝴蝶型光电导天线太赫兹辐射源的研究

研究了5种小孔径光电导天线的太赫兹发射特性,并且对它们所发射的太赫兹波进行了对比,为研制高效率的太赫兹波发射源提供了参考依据。利用太赫兹时域光谱技术测量了光电导天线发射的太赫兹（THz）脉冲,得到了时域发射光谱,并通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱。结果表明,太赫兹信号强度随偏置电压的增大而增强;随着泵浦激光功率的增大而增强并出现饱和现象。偏置电压与泵浦激光功率相同时,我们对比5种光电导天线产生的太赫兹信号,从中找到了一种发射效率较高的小孔径光电导天线,并且研究了电极形状、电极间距对光电导天线发射效率的     

太赫兹波前调控器件

正太赫兹波在电磁波谱中介于红外和微波之间。由于其具有许多潜在的应用,得到了人们广泛的重视、人们研发了许多用于太赫兹波谱裁剪和强度调制的器件、但是,却缺少太赫兹波前调制器件。介绍两种新的波前调制方法。第一种方法利用亚波长金属天线实现太赫兹的相位调制。选择八种亚波长天线,他们对太赫兹的振幅调制相通,但相位调制不同。根据不同的波前调制要求可以合理安排天线的分布。设计、制作并表征了透镜、衍射光学元件以及计算相息图、第二种方法是利用空间光调制器将泵浦光打在硅基底上。光生载流子的分布形成了太赫兹振幅全息图,通过光的一级衍射就可以实现预定的振幅相位分布。太赫兹全息图的变化可以达到每秒60帧,实现真正的动态调制。实验结果验证了方法的可行性。