[发明专利]一种增强飞秒激光脉冲产生太赫兹波辐射的方法

说明书

1.技术领域

本发明属于光电应用领域，主要涉及利用飞秒激光脉冲产生太赫兹波脉冲的方法。

2.背景技术

太赫兹波即频率位于0.1-10太赫兹(1太赫兹＝10¹²赫兹)的电磁波，在电磁波谱中位于微波和红外之间，属于远红外电磁波。飞秒激光脉冲即脉冲宽度在几飞秒到几百飞秒之间的激光脉冲。由于飞秒激光脉冲的超短时间特性，它能产生较高的峰值功率。具有高脉冲能量的飞秒激光脉冲(脉冲能量大于几百微焦)与气体原子作用，激光电场可以电离气体原子产生自由电子和离子，即形成等离子体。等离子体寿命为几十微秒。该过程可以产生太赫兹波辐射。利用双色飞秒激光脉冲(基频光和其倍频光)与气体原子作用，气体原子被离化后，电子在激光电场中被加速形成光电流，这种光电流是一种快速振荡的电流，其时间长度约为激光脉冲的时间长度，这种振荡电流产生的电磁波辐射即为太赫兹波辐射。这种太赫兹波辐射是脉冲型辐射，其重复频率与飞秒激光脉冲重复一致。太赫兹波脉冲宽度由激光脉冲宽度决定。

3.发明内容

双色飞秒激光脉冲电离气体原子后，产生等离子体和太赫兹波脉冲辐射，经过等离子体的散射作用，激光脉冲波形和脉冲相干性发生变化。当激光脉冲能量足够高时，经过等离子体的激光的余光聚焦，仍然可以离化气体原子，产生等离子体和太赫兹波辐射。这两个等离子体分别产生的太赫兹波脉冲没有固定的相位关系，可能是相干相消，也可能是相干相长。

本发明方法即通过改变第一个等离子体产生的太赫兹波脉冲的传播距离，来改变两个等离子体分别产生的太赫兹波脉冲的相位关系，实现二者的相干相长。从而增强了太赫兹波辐射的产生。由色散关系可知，激光和太赫兹波脉冲在空气中传播速度不同。并且激光脉冲传播距离的微小改变，不会改变激光脉冲的光学性能。因此这个距离不会改变激光脉冲第二次聚焦产生太赫兹波脉冲辐射的规律。这个距离同时改变了第一个等离子体产生的太赫兹波脉冲传播到第二个等离子体时的相位，因此可以使得两次产生的太赫兹波脉冲产生相干相长，使得太赫兹波转换效率增高。

4.附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图是实现本发明方法的具体光路图。图中各部分说明如下：

1)lens为聚光透镜，用来聚焦激光脉冲产生等离子体，透镜焦距范围为10厘米到20厘米；BBO为较薄的偏硼酸钡晶体，化学式为β-BaB₂O₄，其厚度由飞秒激光脉冲宽度决定，取值范围在几十微米到几百微米；plasma1是飞秒激光脉冲电离气体原子产生的第一个等离子体；OAP1，OAP2，OAP3均为90度离轴抛物面反光镜，反光面镀金属膜，可以反射太赫兹波和激光；plasma2是OAP2聚焦飞秒激光脉冲电离气体原子产生的第二个等离子体；filter为滤光片，过滤激光脉冲，透过太赫兹波；虚线框为平移台，如图中双箭头所示，平移台可远离或者靠近OAP1；

2)第一个等离子体plasma1位于OAP1的焦点处，产生的太赫兹波和激光脉冲的余光由OAP1准直成为平行光；

3)第二个等离子体plasma2由OAP2聚焦激光脉冲产生，其位于OAP2和OAP3的焦点处。经过OAP3准直后，太赫兹波成为平行光；

4)OAP2和OAP3均固定在平移台上。所以微调平移台时，即改变了OAP1和OAP2之间的光程，而不改变OAP2、plasma2、OAP3之间的光程；

5)光路中所有的光学元件和激光光束中心都在同一水平高度。

5.具体实施方式

固定OAP2和OAP3于平移台上，保证透镜lens、第一个等离子体plasma1、OAP2、第二个等离子体plasma2、OAP3、filter中心为同一水平高度。按照光学示意图来搭建光学系统。把滤光片移动到OAP1和OAP2之间，测量并记录下此时产生的太赫兹波脉冲振幅或者能量。移动滤光片到OAP3之后。微调平移台，改变OAP1和OAP2之间的距离，找到使得两个等离子体产生的太赫兹波脉冲的相干增强的地方。