新型寬帶太赫茲源物理機制的研究.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制。
　　 在分析非線性過程時，在不同的偏振方向物理過程不完全一致，所以測量太赫茲脈沖的完整矢量信息對分析非線性光學(xué)物理過

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驗方法，利用探測晶體對于太赫茲偏振的依賴特性，分別測量正交偏振的太赫茲電場矢量，可以重構(gòu)太赫茲脈沖的瞬時電場。重構(gòu)瞬時太赫茲電場矢量對于非線性過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，而且實驗裝置簡單，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)生電場強度為400kV/cm，帶寬為35THz的

4、強電場、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)域提供了高強度的光源?；诳諝獾入x子體產(chǎn)生和探測方法可以實現(xiàn)太赫茲遠(yuǎn)程傳感，是這種太赫茲光源的另一個重要研究方向。飛秒激光在空氣中傳播因為克爾透鏡效應(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)在物理機制還沒有明確。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)。在實驗上首次發(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制是光絲中的四波混頻機制。
　　 雙色激光電場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)生機制還沒有達(dá)到統(tǒng)一的共識。本文基于二維太赫茲偏振光譜，系統(tǒng)研究了不同實驗條件下太赫茲偏振態(tài)變化，澄清了雙色場輻射太赫茲的主要機制是四波