[发明专利]一种连续调节太赫兹波中心频率和频谱宽度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电磁波调整技术，特别涉及一种连续调节太赫兹波中心频率和频谱宽度的方法。

背景技术

近几十年来，太赫兹波以其广泛的应用前景，已成为国际上物理领域的一个重要研究课题。太赫兹辐射是频率在0.1到10 THz范围的电磁波，这一波段位于微波与红外之间，具有携带信息量丰富、高时空相干性、低光子能量等特性，在天文、生物、计算机、通信等科学领域有着巨大的应用价值。目前，主要的应用研究有太赫兹时域光谱技术、太赫兹成像技术、安全检查、太赫兹雷达、天文学、通信技术。

目前，宽带太赫兹脉冲的产生主要有光电导天线激发、光整流方法和非线性传输线这三种方法。

光电导天线激发是利用光子能量大于半导体材料禁带宽度的超短激光脉冲泵浦电场偏置的半导体,使其内部激发载流子,产生电子-空穴对。它们在外加电场作用下加速运动，形成一个瞬态光电流，然后通过一个天线在短时间内向自由空间传播太赫兹电磁波。探测和产生所用的设备相同，只是光电导体不需要加偏置电压。太赫兹电磁波发射系统的性能主要决定于三个因素: 光电导体、天线几何结构和泵浦激光脉冲宽度。一般情况下给出的泵浦激光脉冲的中心频率和宽度是确定的，因此产生的太赫兹波的中心频率和频谱宽度就唯一确定了。此方法存在不能随意调节所产生的太赫兹波中心频率和频谱宽度的缺点。

光整流方法是利用电光晶体作为非线性介质，利用皮秒量级的激光脉冲泵浦ZnTe等电光晶体，通过二阶或高阶非线性光学过程来产生低频电极化场，由此辐射出太赫兹电磁波。其中的物理过程是瞬时极化过程，要求一束超短激光脉冲聚焦在电光材料上。光整流的关键问题是相位匹配, 它可以放大激光和太赫兹脉冲在非线性材料中的相互作用以及增强太赫兹产生效果。常用的非线性介质有LiNbO₃、LiTaO₃、半导体GaAs、InTe、InP和有机晶体DAST等。但通过这种方法得到的太赫兹电磁波的中心频率较低。

非线性传输线是分布式的装置,由一个高阻抗的传输线周期性地加载非线性元件。非线性元件通常为肖特基变容二极管。由于非线性特性和固有散射之间的平衡,在装置内产生振荡波或者孤子波,可以产生一定频率的太赫兹电磁波辐射。

另一方面，窄带太赫兹脉冲的产生目前主要通过光学参量转换光混频的方法得到。光学非线性晶体,例如LiNbO₃,在近红外区被较强的脉冲激光泵浦时,会产生受激极化散射现象。频率为W_p的泵浦光激发非线性晶体时,产生一个频率为W_i的光。两束激光(其中至少一个为连续可调)在光导体内进行光混频,可以产生一个频率为它们差值的光电流，若频率在太赫兹范围内，则光电流可以通过天线自由辐射,形成太赫兹电磁波辐射。通过改变泵浦光的入射角可以得到不同频率的太赫兹电磁波。但整个装置对器件和激光的要求较高，造价昂贵，且要想得到不同中心频率和频谱宽度的太赫兹波不太容易实现。

总的来说，目前已有的太赫兹脉冲产生技术方法大多只能产生单一中心频率和一定频谱宽度的太赫兹波。如果在实验过程中需要调整，不仅需要精确的计算，实验装置的调节也非常繁琐。基于这些实验上的种种不便捷性，目前还没有可连续调节太赫兹波中心频率和频谱宽度的实验装置出现。

发明内容

本发明是针对目前太赫兹脉冲产生技术方法大多只能产生单一中心频率和一定频谱宽度的太赫兹波，调整频率和频谱宽度困难的问题，提出了一种连续调节太赫兹波中心频率和频谱宽度的方法，采用偏振门方法，以一束超快激光脉冲通过可移动的双折射晶体斜劈对和零阶1/4波片，产生偏振特殊的新光场。新光场再通过起偏器，便得到一个具有线偏振的窄脉冲宽度的激光脉冲。通过控制双折射晶体斜劈对的插入量来得到不同宽度的激光脉冲，从而实现调节太赫兹波中心频率和频谱宽度的功能。