[发明专利]光丝阵列增强THz辐射方法

说明书

技术领域

 本发明属于强场激光物理领域，涉及一种太赫兹辐射（Terahertz Generation）增强的方法，特别是通过产生光丝阵列增强THz辐射。

背景技术

THz光波通常是指波长介于30μm-3mm的电磁波，其工作波段位于电磁波和红外线之间。由于THz所处的电磁波谱位置特殊，有很多优越的特性，具有重大的科学意义。其优越特性主要表现为以下几个方面：首先，THz光波所携带的光子能量低，仅有X射线的百万分之一，不会产生电离辐射，可以对人体或者其他物品进行反复、无损成像；其次，极性气体分子、生物大分子的振动和纯旋转转动频率在THz波段，对THz光波表现出很强的吸收，不同的物质所表现出的“THz指纹”特性不同，可以定性鉴别混合物中极性物质，在空气污染检测方面潜力巨大；再次，THz光波与超声波相比具有更高的分辨率，且具有超声波所不具备的多种特性。基于THz光谱的识别和探测在国防和安检方面变得尤为重要。

成丝是一种飞秒激光电离空气产生等离子体通道的现象，激光成丝的动力学机制是光克尔效应引起的自聚焦与等离子体引起的散焦或高阶克尔效应间的动态平衡（Gao H, Chu W, Yu G, et al. Femtosecond laser filament array generated with step phase plate in air[J]. Optics express, 2013, 21(4): 4612-4622.），达到阈值功率的飞秒激光在传播过程中因自聚焦效应，将空气电离，电离过程中产生等离子体的折射率为负值，使得光束产生自散焦，二者互相作用产生等离子体通道，即光丝。产生等离子体通道所需要的阈值功率约为                                               。飞秒激光形成的等离子体通道会辐射出前向的THz波，此THz光波为单脉冲光波，采用相干探测技术获得的是THz光波的时域波形，具有很高的峰值功率和很好的信噪比。目前所产生的THz波的平均功率在纳瓦到微瓦数量级, 光子转化效率极低，极大地限制了THz在实际中的应用。

发明内容

本发明目的是解决现有方法产生的THz波的光子转化效率极低，进而限制了THz波在实际中的应用问题，提出一种光丝阵列增强THz辐射的方法。

本发明提供的光丝阵列增强THz辐射的方法，包括如下步骤：

第1步、飞秒激光通过准直光阑后，经高反镜分成两路光，一路为泵浦光，另一路为探测光；

第2步、泵浦光依次经过斩波器、BBO晶体、聚焦透镜在焦点处产生光丝辐射THz；

第3步、探测光经过延迟线装置后，在偏振薄膜合束镜处与泵浦光产生的THz合束；

第4步、在飞秒激光成丝后设置THz光波收集器和THz光波探测器，输出THz时域波形；

第5步、在斩波器前100mm处设置光丝阵列生成装置，产生可控的光丝阵列，增强THz辐射，并探测增强的THz时域波形。

本发明方法可应用于单点扫描成像，提高成像效率。

其中，

第1步所述的泵浦光为较强的一路光，探测光为较弱的一路光。

第2步所述的聚焦透镜为300mm的平凸透镜，平面部分设置在飞秒激光入射部分。

第2步所述的BBO晶体，与聚焦透镜的距离为50mm，设置BBO晶体主要是为了产生双色场，增强THz辐射。转动BBO晶体入射角能够改变THz的辐射量，主要是因为转动BBO晶体的角度将会引起双色场中基频光与倍频光的成分，基频与倍频成分的改变将会引起THz辐射量的改变。

第4步所述的THz光波收集器主要包括第一、第二离轴抛物面反射镜；所述的探测器包括薄膜偏振合束镜、锑化锌晶体、1/4波片、沃拉斯顿棱镜、第一光电探测器、第二光电探测器、锁相放大器。

第4步所述的THz光波探测器除了光电探测器外还包括：THz功率计和THz阵列探测器。

第5步所述的产生可控的光丝阵列生成装置为阶跃型相位板、透镜矩阵、轴锥镜或振幅板，用于将飞秒激光平均分成n等分，增加光功率，每一份的光功率应高于阈值功率，就会产生光丝阵列，增强THz辐射。所述的阶跃型相位板包括二分之一相位板，四分之一相位板，六分之一相位板，八分之一相位板，相邻部分相位差为π。

其中所述的飞秒激光为800nm的脉冲宽度约为50fs，重复频率为1kHz的飞秒激光。

 

本发明的优点和有益效果是：