新型寬帶太赫茲源物理機(jī)制的研究.pdf

1、太赫茲(Terahertz)科學(xué)技術(shù)是當(dāng)前科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。太赫茲科學(xué)在通信、傳感、成像和基礎(chǔ)科學(xué)方面有廣泛的應(yīng)用前景。利用飛秒(femtosecond)激光脈沖泵浦非線性光學(xué)介質(zhì)的寬帶太赫茲輻射源是一種重要的太赫茲輻射方法，已經(jīng)得到了很多研究小組的關(guān)注。本篇論文主要研究幾種新型寬帶太赫茲輻射源的物理機(jī)制。
　　 在分析非線性過(guò)程時(shí)，在不同的偏振方向物理過(guò)程不完全一致，所以測(cè)量太赫茲脈沖的完整矢量信息對(duì)分析非線性光學(xué)物理過(guò)

2、程是很重要的。本文中發(fā)展了太赫茲二維電光取樣的實(shí)驗(yàn)方法，利用探測(cè)晶體對(duì)于太赫茲偏振的依賴特性，分別測(cè)量正交偏振的太赫茲電場(chǎng)矢量，可以重構(gòu)太赫茲脈沖的瞬時(shí)電場(chǎng)。重構(gòu)瞬時(shí)太赫茲電場(chǎng)矢量對(duì)于非線性過(guò)程的矢量分析有重要的意義。
　　 利用飛秒激光泵浦非線性晶體可以得到超寬帶太赫茲脈沖，而且實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，是應(yīng)用廣泛的太赫茲光源。但是晶體在太赫茲波段的非線性光學(xué)性質(zhì)還沒(méi)有詳細(xì)的研究，制約了這種太赫茲光源技術(shù)的發(fā)展。本文基于二維偏振太赫茲時(shí)域

3、光譜技術(shù)，研究了非線性光學(xué)晶體在太赫茲頻段的二階非線性光學(xué)特性。并且使用BBO(β-Barium Borate)晶體為例，測(cè)量了BBO晶體在太赫茲頻段的非線性光學(xué)特性，并得到重要結(jié)論，在紫外和可見光波段起重要作用的非線性系數(shù)d22，在太赫茲波段幾乎可以忽略。這為以后優(yōu)化晶體在太赫茲波段的能量轉(zhuǎn)化效率、相位匹配條件提供了基礎(chǔ)。
　　 基于飛秒激光誘導(dǎo)等離子體輻射太赫茲脈沖的方法可以產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度為400kV/cm，帶寬為35THz的

4、強(qiáng)電場(chǎng)、超寬帶太赫茲脈沖。這種太赫茲輻射源為太赫茲波譜技術(shù)和基礎(chǔ)物理學(xué)等領(lǐng)域提供了高強(qiáng)度的光源。基于空氣等離子體產(chǎn)生和探測(cè)方法可以實(shí)現(xiàn)太赫茲遠(yuǎn)程傳感，是這種太赫茲光源的另一個(gè)重要研究方向。飛秒激光在空氣中傳播因?yàn)榭藸柾哥R效應(yīng)電離空氣形成一條等離子通道，這種現(xiàn)象稱為飛秒激光成絲效應(yīng)。飛秒激光成絲向前輻射太赫茲脈沖，這種太赫茲輻射源很好的解決了太赫茲遠(yuǎn)程傳感的技術(shù)難題。但這種輻射源的內(nèi)在物理機(jī)制還沒(méi)有明確。本文基于二維偏振太赫茲光譜，研究了

5、成絲產(chǎn)生太赫茲波的偏振態(tài)。在實(shí)驗(yàn)上首次發(fā)現(xiàn)了成絲產(chǎn)生橢圓偏振的太赫茲脈沖，相應(yīng)的理論分析揭示了飛秒激光成絲輻射太赫茲脈沖的主要機(jī)制是光絲中的四波混頻機(jī)制。
　　 雙色激光電場(chǎng)電離空氣輻射太赫茲脈沖被認(rèn)為是一種高能量、超寬帶的太赫茲輻射源，這種新型太赫茲輻射源有很大的應(yīng)用潛力。但這種輻射源的物理產(chǎn)生機(jī)制還沒(méi)有達(dá)到統(tǒng)一的共識(shí)。本文基于二維太赫茲偏振光譜，系統(tǒng)研究了不同實(shí)驗(yàn)條件下太赫茲偏振態(tài)變化，澄清了雙色場(chǎng)輻射太赫茲的主要機(jī)制是四波