[实用新型]激光激发空气等离子体产生高强度太赫兹波的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及太赫兹波技术领域，具体而言，涉及一种利用非谐波飞秒激光激发空气等离子体产生高强度太赫兹波的系统。

背景技术

将超短激光脉冲聚焦在周围空气中直接产生太赫兹波的技术，近年来引起了人们的广泛关注，该方法可在远处(可在几公里远)产生太赫兹波，所以应用前景十分美好。

当高能量的超短激光脉冲直接聚焦在空气中时，焦点处的空气会发生电离而形成等离子体，由此所形成的有质动力会使离子电荷和电子电荷之间形成大的密度差，而且这种电荷分离过程会导致强有力的电磁瞬变现象的发生，从而辐射出太赫兹。

通过在超短激光脉冲中引入倍频晶体，混合基频波ω与二次谐波2ω共同聚焦空气而产生空气等离子体，可以大大提高太赫兹的产生效率。产生太赫兹波的主要机制是在空气等离子体中混合的ω与2ω光束发生的三阶非线性光学效应，即四波混频过程。太赫兹场的极性和强度完全由ω与 2ω光束间的相对位相控制。当光学脉冲总能量超过空气等离子体形成的阈值时，太赫兹场的振幅与基频波的脉冲能量成正比(线性关系)，与二次谐波的脉冲能量的平方根成正比关系。在四波混频过程中，当所有光波 (ω光束、2ω光束及太赫兹波)的偏振态均相同时，产生的混频效果最佳。

以往的实验中一般选取基频波混合二次谐波的方法聚焦空气产生等离子体，从而产生太赫兹波。一般实验中使用800nm的激光经过倍频晶体后混合400nm的二次谐波聚焦空气产生太赫兹，但产生的太赫兹波强度依赖于倍频晶体的材料特性、光轴角度等，并且由于倍频晶体有损伤阈值，不能用很高功率进行泵浦，因此无法满足使用需求。

实用新型内容

本实用新型提供了一种激光激发空气等离子体产生高强度太赫兹波的系统，以通过混合非谐波的方式产生高强度太赫兹波。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种激光激发空气等离子体产生高强度太赫兹波的系统，其包括：激光器、斩波器、分光镜、光参量放大器、反射镜、二分之一波片、第一透镜、第二透镜和二向色镜，所述分光镜经由所述光参量放大器、所述反射镜、所述第一透镜至所述二向色镜为第一路径，所述分光镜经由所述二分之一波片、所述第二透镜至所述二向色镜为第二路径，所述第一路径与第二路径光程相等，其中：

所述激光器发射波长为800nm的激光，所述斩波器对800nm的激光进行斩波，所述分光镜将800nm的激光分光为第一光束和第二光束，所述第一光束经过所述光参量放大器后输出波长为1200nm并且偏振方向与原800nm的激光垂直的信号光，该1200nm的信号光与800nm的激光为非谐波，该1200nm 的信号光经过所述反射镜反射并经过所述第一透镜会聚后经由所述二向色镜透射出，所述二分之一波片将由所述分光镜射出的波长为800nm的第二光束的偏振方向转为与1200nm信号光的偏振方向一致，之后第二光束经过所述第二透镜会聚并经由所述二向色镜反射，经由所述二向色镜透射出的1200nm 的信号光与经由所述二向色镜反射出的第二光束共线会聚后激发空气中的等离子体并产生一太赫兹辐射源。

在本实用新型的一实施例中，所述激光器为飞秒激光放大器。

在本实用新型的一实施例中，所述斩波器的频率为15-20Hz。

在本实用新型的一实施例中，所述第一透镜和所述第二透镜的材质为石英。

在本实用新型的一实施例中，所述反射镜为金属镜。

在本实用新型的一实施例中，激光激发空气等离子体产生高强度太赫兹波的系统还包括一太赫兹波强度探测子系统，所述太赫兹波强度探测子系统包括第一离轴抛物面反射镜、滤波片、硅片、动镜、定镜、第二离轴抛物面反射镜和太赫兹波强度探测器，其中：

所述第一离轴抛物面反射镜将所述太赫兹辐射源产生的太赫兹波会聚形成一平行光束；

所述滤波片过滤掉所述平行光束中夹杂的1200nm的信号光和800nm的激光；

一部分太赫兹波透射出所述硅片形成第一波束，另一部分太赫兹波在所述硅片表面发射形成第二波束，其中，第一波束的传播路径为：第一波束传输至所述动镜、第一波束反射回所述硅片表面并在所述硅片表面发生反射、第一波束传输至所述第二离轴抛物面反射镜并在所述第二离轴抛物面反射镜表面发生反射以及第一波束由所述太赫兹波强度探测器接收，第二波束的传播路径为：第二波束传输至所述定镜、第二波束反射回所述硅片并透射过所述硅片、第二波束传输至所述第二离轴抛物面反射镜并在所述第二离轴抛物面反射镜表面发生反射以及第二波束由所述太赫兹波强度探测器接收；