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。     

缓慢上升快速下降的飞秒激光脉冲与气体等离子体作用的太赫兹辐射产生研究

飞秒激光脉冲与气体等离子体作用可以产生宽带、强的太赫兹脉冲辐射。采用一种缓慢上升、快速下降的飞秒激光脉冲与气体等离子体作用产生太赫兹辐射,并基于等离子体电流模型计算了这种太赫兹辐射的特性。由于这种特殊整形的激光脉冲能够对电子的加速产生较大的速度,从而可以产生较大的等离子体电流和较强的太赫兹辐射。计算结果显示:尽管这种特殊整形的飞秒激光脉冲能量有所损失,它能够比普通双色飞秒激光脉冲产生更强、更宽的太赫兹脉冲辐射。该项研究为基于激光等离子体作用的太赫兹辐射源提供了新的思路。     

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.     

五碲化锆超快光激发表面电流特性研究

利用反射式太赫兹时域光谱研究飞秒光激发狄拉克半金属五碲化锆表面产生的瞬态光电流,进而分析五碲化锆产生太赫兹辐射的几种物理过程。实验结果表明,偏振无关的光电流是表面电流的主要成分,同时太赫兹振幅与泵浦脉冲的线偏振相关,表明部分电流产生于非线性光整流效应。圆偏振光泵浦下,太赫兹振幅随泵浦脉冲呈四倍周期性变化,证实五碲化锆在飞秒脉冲泵浦下产生圆偏振光电流效应。进一步分析超短激光脉冲激发下的太赫兹时域电场,揭示五碲化锆在光诱导下发生反演对称性破缺,产生B_1u声子,形成瞬态外尔点,发生从狄拉克态到外尔态的转变。这对研究拓扑相变和其他拓扑态等方面具有重要意义。     

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。     

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。     

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∶YAG1319nm/1338nm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-di methylamino-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50kHz时,双波长激光平均输出功率达到2.22W,斜率效率12.72%,线偏振度0.983,脉冲宽度71.91ns。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1mm厚DAST晶体中获得4.71mW的3.23THz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。     

三色激光脉冲诱导液体介质产生太赫兹波的仿真研究

研发大功率、高能量、高效率且能在室温下稳定运行的太赫兹辐射源是太赫兹技术领域迫切需要解决的实际问题。基于瞬态光电流模型，采用数值仿真方法研究了三色激光脉冲诱导液体介质产生太赫兹波的物理过程，分析了相位差、强度比、波长以及脉宽对太赫兹辐射的影响。仿真结果表明：二次谐波和三次谐波相对于基波的相位差、强度比、波长、脉宽等都对太赫兹电场有明显的影响。同时，只有电离率随着激光电场振荡变化的隧穿电离机制才能产生瞬态光电流，从而得到太赫兹辐射。     

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.     

光电导天线太赫兹辐射研究

利用超短激光脉冲触发光电导天线产生太赫兹波是目前研究比较深入,同时得到广泛采用的一种太赫兹波源.电流瞬冲模型能较好地解释光电导天线辐射太赫兹波的机理,并且与实验相吻合,因而被普遍接受.影响光电导天线的因素有材料性质、偏转电压、激光脉冲宽度和单脉冲能量等,其中激光脉冲宽度和激光脉冲能量对太赫兹辐射有很重要的影响.材料中的光生载流子寿命对辐射也有一定的影响.当改变这些参数时,辐射的太赫兹波有不同的特性变化.此外,逐步增大激光脉冲能量,会发现辐射的太赫兹波强度存在一个饱和特性.     

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。     

具有两个瑞利长度三镜折叠腔的设计

为了提高倍频效率、分析倍频晶体内束腰位置对倍频效率的影响,根据基模高斯光束传输特性,结合稳定三镜折叠腔中端镜处等相位面曲率半径与腔镜曲率半径相等这一特点,在激光光束传输的合适位置上,放入与等相位面曲率半径相同的腔镜,构成倍频晶体内具有两个瑞利长度的三镜折叠腔,提高了倍频效率。对比了相同端镜构成的具有一个瑞利长度和两个瑞利长度谐振腔,相对于分臂长度变化的稳区范围。结果表明,使用5W光纤耦合880nm激光二极管,端面抽运3mm×3mm×5mm的Nd:YVO₄,采用10mm×2.1mm×0.5mm的PPMgOLN为倍频晶体,使用具有两个瑞利长度的谐振腔比具有一个瑞利长度的谐振腔,整体提高倍频效率约18%,两种腔型的光束质量相同,倍频光与基频光偏振方向一致,输出稳定的低噪声绿光,验证了谐振腔设计的有效性。该研究对腔内倍频效率的提高是有帮助的。     

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%。     

掺钕保偏光纤激光器腔内倍频实验研究

从双包层光纤激光器的速率方程和光传输方程出发,数值模拟得到泵浦功率20 W时最佳增益光纤长度。在此基础上,采用线型直腔结构,通过透镜耦合的方式,用808 nm半导体激光器对掺Nd3+熊猫型保偏双包层光纤进行端面泵浦,获得1060 nm连续偏振的基频光输出,其线宽小于5 nm,光-光转换效率达到50%;之后,采用腔内插入KTP晶体的方式对基频光进行倍频获得530 nm的绿光输出,其线宽小于3 nm,倍频效率达到20%。在20 W的入纤功率泵浦下,得到2 W的530 nm连续绿光输出。     

780nm倍频激光器的研究

为了获得结构简单、成本相对低廉的高功率780nm激光, 采用了单块倍频晶体的腔外倍频方法。分布式反馈半导体激光器产生的连续激光注入光纤放大器后, 通过周期极化铌酸锂晶体进行准相位匹配, 取得了铷原子的饱和吸收光谱。结果表明, 该激光器产生了1.2W的倍频光, 具有较高的输出功率。这一结果对铷原子钟、原子干涉仪等冷原子物理实验的小型化是有帮助的。     

椭圆芯光子晶体光纤的偏振特性

采用全矢量模型研究椭圆芯光子晶体光纤(photonic crystal fibers,PCFs)的偏振特性。研究表明：椭网芯PCF基模的两个正交偏振态不再简并,模场具有较强的线偏振特性;模式双折射可达10^-3量级,该数值比传统椭圆保偏光纤至少高一个量级;在比传统椭圆保偏光纤更长的波长处获得零走离点和负走离区。椭圆芯PCF的偏振特性与光纤结构参数有较强的依赖关系,通过适当选择光纤的相对孔径和孔距,有望在给定的波长上实现高双折射和零走离单模运转,或设计出高双折射、大走离的单模光纤,为研制高性能保偏光纤提供了一个新的途径。     

Control of vertical-cavity laser polarization with anisotropictransverse cavity geometries

We show the two-fold polarization degeneracy of etched air-post vertical-cavity surface emitting laser diodes can be lifted and a dominant polarization state selected through use of anisotropic transverse laser cavity geometries. For lasers with rhombus-shaped cavities, fundamental mode lasing emission linearly polarized along one specified crystal axis is obtained up to twice the threshold current. For dumbbell-shaped lasers, fundamental mode lasing emission linearly polarized along one specified crystal axis is maintained over the entire operating range of the device producing a maximum orthogonal polarization suppression ratio of 14 dB     

利用晶体拼接实现大口径会聚光束三倍频

惯性约束聚变激光驱动器中,熔石英透镜的紫外激光损伤问题一直是限制其负载能力提升的重要因素。对此提出了一种新的大口径光束三倍频构型方案,将三倍频晶体置于聚焦透镜之后,在基频光和倍频光的会聚过程中实现和频。大口径会聚光束的入射角度达36.35 mrad,为满足相位匹配条件,三倍频晶体采用相位匹配接受角度更大、损伤阈值更高的LBO晶体。理论分析表明,3块切割角度不同的LBO晶体拼接即可满足会聚光束相位匹配容忍角的要求。原理性实验也验证了该方案的可行性。该构型不仅能规避熔石英透镜的紫外激光辐照,提升激光驱动器的负载能力,而且能突破LBO晶体的口径受限问题。