[发明专利]基于脉冲偏振整形的双色场光丝诱导太赫兹场增强系统

说明书

本发明提出了一种基于脉冲偏振整形的双色场光丝诱导太赫兹场增强系统，包括：飞秒脉冲激光器模块、激光脉冲倍频及分束模块、脉冲偏振整形模块、脉冲同步模块、太赫兹辐射产生模块和太赫兹探测模块。本发明的优点在于与传统的飞秒光丝诱导的太赫兹波产生方式相比，本发明具有太赫兹强度增强作用，可有效调制太赫兹频谱，在太赫兹时域光谱、太赫兹成像和大气远处传感应用中具有潜在价值。

技术领域

本发明属于太赫兹波产生领域，主要涉及利用飞秒激光脉冲产生和控制太赫兹波脉冲的方法。

背景技术

太赫兹波即频率在0.1～10THz(1THz＝1012Hz)之间的电磁波，位于电磁波谱的微波和红外波段中间。太赫兹波是宏观电子学与微观光子学研究的交叉领域，本身除了具有电磁波的波粒二象性外，还有低能性、相干性、瞬态性、高穿透性、光谱指纹特性、宽带性和水吸收性等优越独特的性质，因此太赫兹波在研究宇宙背景辐射、生物医学成像、癌症检测、药物毒品检测、爆炸物检测、无损成像、安检、无线通信等领域都有很大的研究价值和前景。

从上个世纪九十年代至今，太赫兹波科学与技术一直是科研人员所青睐的研究课题，但由于缺乏高功率的太赫兹波辐射源和高灵敏度的探测器，该领域的进展相对缓慢。为了获得可探测、高分辨率的太赫兹波，微波专家们将微波技术推向高频，光学专家们则利用超快激光技术将产生辐射的频率推向低频。利用微波技术获得的太赫兹波的特点是功率高、频率低、窄带宽，如耿氏二极管振荡器可产生0.1THz以下的电磁振荡，输入特定的非线性电子元件才能得到倍频的太赫兹波；光学方法如利用超短飞秒脉冲激光产生太赫兹波可分为三种：①利用非中心对称晶体(如ZnTe)中的非线性光学整流现象，一个光脉冲光谱内频率相近的谱线进行差频产生宽带的太赫兹波；②飞秒脉冲激光冲击光电导天线产生光生载流子，光电导天线外加的直流电场加速载流子，振荡形成太赫兹波；③利用飞秒脉冲激光诱导气体等离子体辐射太赫兹波。这些方法产生的太赫兹波特点是宽频带、高信噪比、能量低。

虽然低能量太赫兹波已经应用于诸多领域，但高能(脉冲能量大于微焦μJ)、强场(脉冲峰值电磁大于MV/m)的太赫兹辐射源意味着更尖端、更前沿、更创新的研究领域和应用。目前，针对不同的太赫兹波产生机制和条件，已有一些太赫兹场增强的方法，如增加泵浦脉冲激光的能量、增加外加静电场、铌酸锂晶体中的波前倾斜技术等。但是这些技术或多或少有一些缺陷，例如光电导天线中泵浦能量过高、外加直流电场过强都会损坏天线；泵浦脉冲光铌酸锂晶体中传播时脉宽会随之展宽，展宽后的脉冲不能再直接产生更多的太赫兹光子，从而限制了太赫兹辐射效率的进一步提高气体等离子体中泵浦能量过高产生的电荷屏蔽效应会阻碍太赫兹辐射的产生；在光丝外加静电场的方法不适用于太赫兹场在大气远程传感中。

因此，如何在现有的太赫兹场增强的技术基础之上，研究出更高转换效率、高能量、高场强的太赫兹场辐射方法是十分有意义和价值的。

发明内容

本发明提出了一种基于脉冲偏振整形的双色场光丝诱导太赫兹场增强系统。该太赫兹场增强系统提出了一种简单有效的光学控制方法实现太赫兹场增强和控制，还能调整聚焦透镜的焦距，使光丝在近/远距离形成，适用于太赫兹场的大气远程传感，弥补了在双色场光丝外加静电场的方法在这方面的不足。