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上海交通大学利用双色激光场激发可控太赫兹辐射

2017-02-09 14:14
铁马老言
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太赫兹(THz)波是介于中红外和微波之间的、目前尚未被广泛开发的电磁波频段,它在遥感成像、时域光谱、非线性科学以及高能激光与物质相互作用诊断等方面有着巨大的应用价值。

如何有效地产生太赫兹辐射是太赫兹科学技术领域首要关注的问题。以往的研究发现,在空气中传输的激光,当其光强达到一定阈值时,会电离空气中的氮气和氧气等分子,形成等离子体,这种等离子体能够很好地实现宽带太赫兹辐射源。

近几年,利用双色激光场在空气中激发等离子体丝产生强太赫兹辐射的方法以其具有的较高的效率,受到了广泛关注。这一方法产生强太赫兹辐射的微观物理机制目前主要由离化电流模型和非线性四波混频模型描述。之前的大量研究表明,此种太赫兹辐射源是一种单周期的宽带脉冲。如能实现对这种辐射脉冲各参数(包括辐射角分布、载波包络相位、脉冲能量等)的精密操控,便能够充分拓展其应用空间,发挥其应用价值。

最近,上海交通大学盛政明、陈燕萍课题组利用飞秒激光装置,通过对双色激光场在空气中激发的等离子体光丝长度以及泵浦双色激光的相对相位差的调控,成功实现了对辐射的单周期太赫兹脉冲的载波包络相位、空间分布以及峰值强度等参数的有效调控。

图1. 双色激光场在空气中激发等离子体光丝辐射太赫兹波的物理图像

该研究组还提出了“线性偶极阵列”的宏观模型。在这一理论模型中,长光丝中各个部分均被视为独立的太赫兹辐射点源,远场探测到的太赫兹信号是这些点源阵列辐射的相干叠加,这是解释长光丝下太赫兹辐射产生的关键。该模型的预测与实验观测结果相一致,为理解可控太赫兹辐射的产生提供了理论借鉴。

图2. 激光等离子体光丝中“线性偶极阵列”辐射太赫兹波的物理图像

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