[发明专利]一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法

说明书

本发明公开了一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法，包括：长波长飞秒激光系统用于提供线偏振的超短脉冲传输至倍频单元；倍频单元用于将入射的部分超短脉冲倍频转换为二次谐波，并将超短脉冲及二次谐波传输至偏振调整单元；偏振调整单元用于将线偏振的超短脉冲及二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并传输至相位延迟单元；相位延迟单元用于调节圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波之间的相位差，以实现聚焦产生等离子体，并辐射出太赫兹波。本发明公开的装置结构简单，能准确有效地得到圆偏振双色场，进而提高产生太赫兹脉冲强度和效率。

技术领域

本发明涉及太赫兹光学技术领域，尤其涉及一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法。

背景技术

太赫兹波频率波段位于0.1～10THz(单位：太赫兹)，具有低光子能量(单光子能量仅m eV量级)、高穿透性(对于非金属及非极性材料)、强吸收性(对于极性材料及生物大分子)等优点，能广泛应用于医学成像、安检、光学通讯等领域。为了将太赫兹波更好的应用于多种领域，强的太赫兹辐射源不可或缺。

太赫兹脉冲的产生方法包括基于光电导天线的光电导天线方法、基于非线性晶体的光整流效应和光学差频效应、基于空气电离的空气等离子体方法。但是，利用光电导天线和非线性晶体来产生太赫兹脉冲，产生的太赫兹波强度都会受到产生材料的损伤阈值的限制，因而难以产生强太赫兹辐射；而利用空气等离子体方法，无需考虑损伤阈值的限制，通过增大泵浦脉冲的强度，可以有效的产生强太赫兹辐射。

目前，双色场圆偏振泵浦方法是目前空气等离子体方法中最有效的强太赫兹脉冲产生方法，其转换效率是双色场线偏振泵浦方法的5倍以上。现有技术中，双色场圆偏振泵浦方法主要是利用马赫—曾德尔光纤干涉仪结构实现800nm双色场的分束和合束，这使得双色场相对相位非常容易受周围环境温度、振动等因素的影响。为降低这种影响，又引进了另一束连续激光并采用压电换能器进行反馈控制。这种反馈设计一定程度上可以改善系统的稳定性，但结构变得较为复杂，而且在低脉冲重复率或单次工作场合，改进的效果会变差。另外，800nm光场与它的谐波场具有较为明显的色散，这不利于对双色场进行精确的圆偏振控制，导致产生太赫兹脉冲的强度及效率较低。

发明内容

本发明提供了一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法，可以解决现有技术中系统结构变得较为复杂及由于色散导致圆偏振控制不精确的技术问题。

本发明第一方面提供一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置，包括：长波长飞秒激光系统、倍频单元、偏振调整单元及相位延迟单元；

所述长波长飞秒激光系统用于提供线偏振的超短脉冲，并将所述超短脉冲传输至所述倍频单元；

所述倍频单元用于将入射的一部分所述超短脉冲进行倍频转换，得到线偏振的二次谐波，并将所述二次谐波及剩余的另一部分所述超短脉冲传输至所述偏振调整单元；

所述偏振调整单元用于将入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述相位延迟单元；

所述相位延迟单元用于调节入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波之间的相位差，使得出射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体。

可选的，所述长波长飞秒激光系统为波长大于1500nm激光系统，所述超短脉冲的波长大于1500nm。

可选的，所述装置还包括：聚焦单元；

所述聚焦单元用于对所述长波长飞秒激光系统发射的所述超短脉冲进行聚焦，并将聚焦后的所述超短脉冲传输至所述倍频单元。

可选的，所述倍频单元对入射的部分所述超短脉冲进行两倍频率处理。