太赫兹脉冲整形技术研究进展

太赫兹(THz)脉冲整形技术在量子理论、生物医学成像、安全检查、亚毫米波通信等领域都具有重要的学术价值和应用前景。概述了基于飞秒脉冲的整形技术和新型太赫兹辐射材料整形技术,分析了太赫兹脉冲整形器件整形技术目前的研究状况,并对各种整形方法的发展进行了展望。     

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。     

太赫兹波远程探测的最新研究进展

太赫兹波具有许多独特的性质,在很多科学技术领域有着广泛的应用前景。然而,由于水汽对太赫兹波存在强烈的吸收,使得太赫兹波在空气中的传输距离十分有限,限制了太赫兹波的应用,如何实现太赫兹波的远程探测成为太赫兹领域的研究重点。本文介绍了最近出现的THz-REEF和TEA两种远程太赫兹波探测方法,分析了探测过程和探测系统的结构,解释了内在的物理机制,并对其应用进行了展望。     

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.     

多色飞秒激光场产生高能量超宽带太赫兹辐射的研究进展

飞秒激光聚焦在空气中能够产生高能量超宽带的太赫兹辐射，这种强场太赫兹辐射在物态操控、太赫兹通信、生物医学成像等领域具有重要的应用价值。采用双色乃至多色激光场是提高气体等离子体中太赫兹辐射强度的关键路径之一。本文回顾了多色场驱动空气等离子体太赫兹辐射源的发展历程，按照单色场、双色场到三色场的发展脉络，从实验方案、理论原理、优化探索三方面综述了国内外多色飞秒光场驱动气体等离子体太赫兹辐射的研究现状和最新成果，并对该方向的未来发展进行了展望。     

基于非对称量子阱的太赫兹波调制器

主要研究了一个特殊的GaAs/AlGaAs非对称量子阱中的线性和三阶非线性太赫兹波吸收系数和介质折射率的相对改变。首先利用量子力学中的密度矩阵算符理论和迭代方法导出了线性和三阶非线性光吸收系数和相对折射率改变的表达式,然后以典型的阶梯型量子阱材料为例做了数值计算。计算表明,基于泵浦光场和偏置电压控制的太赫兹波调制器不仅可以做太赫兹波开关,还可以灵活地调制太赫兹波信号的强度和相位,方便实用。     

金属光栅发出太赫兹脉冲

英国斯特拉思克莱德（Strathclyde）大学的研究人员发现，发射超短脉冲到镀金纳米结构光栅是产生太赫兹脉冲简单易行的方法。利用该方法产生的太赫兹波功率和利用最好的无机晶体相当，而且可以进一步优化产生更高的功率。     

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。     

消色差复合宽带太赫兹波片的优化设计

采用模拟退火算法设计了0.2～2.0THz和0.2～3.0THz两个波段下的消色差复合太赫兹λ/4波片,在0.2～2.0THz波段内实现了波片相位延迟偏差小于2%,在0.2～3.0THz波段内波片相位延迟偏差小于4%。系统分析了不同石英玻片个数对消色差复合太赫兹波片的消色差性能以及厚度和损耗等关键参量的影响。分析表明,随着石英玻片个数的增加,波片的消色差性能也会变好,在相应太赫兹波段相位延迟失谐量也随之减小;但同时,波片的厚度也随之增加,导致对太赫兹波的损耗增加。在0.2～2.0THz和0.2～3.0THz范围内,太赫兹λ/4波片采用5个玻片为最佳,此时可以获得较好的消色差性能,同时波片的厚度和损耗也在可实际应用范围内。     

太赫兹波辐射源的研究进展

电磁波谱中的太赫兹波段拥有许多比传统光源更独特的性质,在生物、材料、安检和通信等领域有着非常重要的研究价值,而高功率和高效率的太赫兹辐射源则是太赫兹技术转化为实际生产力的一个重要因素和前提条件.文章分别从以气体、固体和液体作为激发介质的角度,总结了激光与不同激发介质相互作用产生太赫兹波的研究进展.对气体介质中常用的四波...     

太赫兹波参量振荡器研究进展

基于参量振荡技术的太赫兹波源是得到可调谐太赫兹波的重要器件,它在安全检查、生物传感、医学诊断、半导体器件检测和质量控制等领域具有重要的应用。从非线性晶体材料特性、谐振腔结构、太赫兹波耦合输出方式、频率调谐方式和线宽控制方法等方面总结了国内外太赫兹参量振荡技术的实验与理论研究情况。对级联太赫兹波参量振荡过程在连续、脉冲和超短脉冲运转方式的研究现状进行了回顾。基于太赫兹参量振荡技术研究现状提出其未来的一些研究方向。随着光纤激光器等技术的发展和周期性极化晶体等材料性能的进一步提高,太赫兹参量振荡器将朝着更加高效化、小型化、实用化、易于操作携带的方向发展,并在其应用领域发挥越来越重要的作用。     

基于光学方法的太赫兹辐射源

太赫兹波技术在物理、化学、生命科学等基础研究学科,以及医学成像、安全检查、产品检测、空间通信、武器制导等应用学科都具有重要的研究价值和应用前景,而太赫兹辐射源正是太赫兹技术发展的关键部分。概述了基于光学方法产生太赫兹辐射的几种常用方法,着重叙述了利用非线性光学差频技术和基于横向晶格振动光学模受激电磁耦子散射过程的太赫兹参量振荡技术工作原理,以及目前的研究状况,并对这两种方法产生太赫兹波辐射源未来的发展方向进行了展望。     

LiNbO3:Fe晶体中飞秒二波耦合光栅衍射自增强现象

在超快二波耦合配置下的LiNbO3：Fe晶体中写人了体相位栅，通过一定的脉冲写人方法进行飞秒脉冲写人光栅的衍射自增强实验，在双光写人饱和后进行单写人光照射，产生了持续1h的衍射自增强，同时又发现在光栅写人未饱和的时候改为单光写人也产生了衍射自增强现象，持续2h。随后从光调制角度分析了该自增强现象的理论原因：脉冲衍射光和写人光共同作用，提高了二者耦合程度，写人了新光栅，从而加强原光栅，导致衍射效率提高，从而证明飞秒脉冲写人光栅的读出擦除可抑制，这对提高光全息记录的读出质量有正面意义。     

355 nm脉冲激光诱导等离子体开关削波

利用激光诱导等离子体开关技术,对355 nm脉冲激光自削波进行了实验和理论研究。分别采用5种不同焦距的透镜,集中讨论了透镜焦距及激光器输出单脉冲能量对脉宽压缩的影响,发现采用焦距为200 mm的透镜能够获得最佳的脉冲压缩效果。在聚焦透镜焦距200 mm,单脉冲能量160 mJ时,获得最短脉宽3.47 ns;在激光电离Cu小孔内壁表面及空气击穿共同作用下,获得了脉宽最短达2.11 ns的脉冲激光输出。此外,根据实验结果得到了355 nm激光空气击穿阈值,并与理论估算值进行比较,两者结果较为一致。     

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.     

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。