激光波长对双色激光等离子体产生太赫兹波的影响

基于瞬态光电流模型研究了激光波长对双色激光等离子体产生太赫兹波的影响.通过理论计算证明:太赫兹信号随激光波长的增大而增强,其变化趋势不会因为双色激光强度、脉宽、相位差、强度比的变化而改变;太赫兹波的频谱不会因为激光波长的改变发生变化.分析了双色激光波长影响太赫兹辐射强度的原因,并利用自由电子密度和漂移电流密度阐明了该影响的内在物理机制.     

基于共线型双等离子体的双色场辐射太赫兹波频谱调制

提出了一种通过共线型双等离子体的简单方法实现双色场作用下辐射太赫兹波的频谱调制。利用修正的光电流模型,模拟了共线型双等离子体在双色场条件下辐射太赫兹波的频谱分布。通过调节体系的参数,研究了两等离子体间距及激光光强对太赫兹波频谱调制的影响。结果表明,太赫兹频谱分布与两等离子体间距及双色激光强度有关。等离子体间距影响太赫兹波频谱的峰值个数和频移;激光光强虽会影响单个等离子体辐射太赫兹波的峰值频率,但是对于调制的频谱而言只会改变峰值的幅值。     

气体辐射太赫兹波产额与驱动激光强度的依赖关系

利用光电流模型研究了气体辐射太赫兹波产额与驱动激光峰值强度的依赖关系.模拟表明,无论是单色激光脉冲还是双色激光场,当激光较弱时,太赫兹产额随着激光强度的增加而迅速增大;而当气体电离接近或达到饱和后,进一步增强激光场强度,太赫兹产额出现了振荡变化.与通常采用较弱激光强度相比,更高的激光强度(致使气体达到完全电离)会进一步增强太赫兹波的辐射强度.分析各个电离事件所产生电子的个数和运动轨迹的对称性,可以很好地解释这些结果.     

双色激光脉冲相位差对晶体发射高次谐波 的影响

通过数值求解双色激光场(基频场和二倍频场)与一维晶体相互作用的含时薛定谔方程,研究了晶体在双色激光脉冲驱动下发射高次谐波的特点.研究结果表明,晶体在双色激光脉冲驱动下发射的高次谐波第二平台强度相对于单色激光脉冲驱动下有显著提高,且随双色激光脉冲的相位差明显变化.进一步的研究发现,在双色激光脉冲其它参数保持不变的情况下,通过调节双色激光脉冲的相位差就能有效提高晶体发射高次谐波第二平台的产额,提高的幅度会随激光脉冲的宽度有所不同.     

激光能量对气体等离子体产生太赫兹波的影响

双色激光脉冲激励气体等离子体产生太赫兹波是得到高强度宽频带太赫兹波的重要方法,本文利用光电流模型研究了该方法中激光能量对产生太赫兹波的影响。理论计算表明,太赫兹波随激光能量的增大而增强,而太赫兹波的频谱结构不受激光能量的影响。分析了双色激光能量影响太赫兹波强度的原因,并利用自由电子浓度和电子电流密度诠释了该影响的内在物理机制。该研究为提高太赫兹辐射强度提供了一种有效的途径。     

双色激光偏振夹角对产生太赫兹辐射的影响

基于改进的二维光电流模型,研究了双色激光偏振夹角对太赫兹辐射产生的影响.通过改变基频光以及其对应的倍频光的偏振夹角发现,在激光等离子体中辐射的太赫兹波的强度与双色激光的偏振夹角呈周期性变化,并且最佳偏振夹角和不同激光强度也有关系.在相对较低的激光强度下(≤2×1014 W/cm2),当两束激光具备相同的偏振方向,即偏振夹角为0°时,太赫兹幅值达到最大;然而,当激光强度足够高(＞2×1014 W/cm2)时,最佳的偏振夹角会随着激光强度的增加而变大.从电子密度的角度来分析产生这种现象的原因,并用剩余漂移电流来揭示其潜在的物理机制.研究表明,剩余漂移电流是激光诱导等离子体产生太赫兹波的本质根源,对太赫兹波的产量起着决定性作用.     

双色激光偏振夹角对产生太赫兹辐射的影响（英文）

基于改进的二维光电流模型,研究了双色激光偏振夹角对太赫兹辐射产生的影响.通过改变基频光以及其对应的倍频光的偏振夹角发现,在激光等离子体中辐射的太赫兹波的强度与双色激光的偏振夹角呈周期性变化,并且最佳偏振夹角和不同激光强度也有关系.在相对较低的激光强度下(≤2×1014 W/cm2),当两束激光具备相同的偏振方向,即偏振夹角为0°时,太赫兹幅值达到最大;然而,当激光强度足够高(2×1014 W/cm2)时,最佳的偏振夹角会随着激光强度的增加而变大.从电子密度的角度来分析产生这种现象的原因,并用剩余漂移电流来揭示其潜在的物理机制.研究表明,剩余漂移电流是激光诱导等离子体产生太赫兹波的本质根源,对太赫兹波的产量起着决定性作用.     

真空喷气靶太赫兹辐射源椭圆度特性

在短丝条件下,激光与喷气靶产生的介质相互作用,可产生局部高密度等离子体,在较短距离内实现双色场相位差的剧烈变化,容易得到椭圆偏振的太赫兹(THz)辐射。通过调节气体背压,产生了椭偏度为0.438的THz辐射。利用瞬态光电流模型对实验结果进行模拟,所得结果和实验结果基本一致,揭示了光电流和等离子体色散共同作用的机理。     

激光在大气中驱动的强太赫兹辐射的理论和实验研究

两束双色激光脉冲能在大气中产生MV/cm的强太赫兹波.本文主要介绍了我们最近的三项理论和实验工作,澄清了双色激光方案的物理机制这个长期存在的问题,并对该方案进行了推广.为了在气体中有效地产生太赫兹波,在广泛研究的双色激光方案中两束激光的频率比ω_2/ω_1总是被取为1:2.首先从理论上预测采用其他频率比时,此方案仍能有效地工作,并通过实验进行证实.实验上观察到在新的频率比ω_2/ω_1=1:4,2:3下,也能有效地产生太赫兹波;观察到通过旋转较长波长的激光脉冲的偏振方向,能够有效地调节太赫兹波的偏振,但是旋转波长较短的激光脉冲的偏振方向,太赫兹波的偏振几乎没有变化,这违背了多波混频理论中极化率张量对称性的要求;采用不同的频率比时,太赫兹能量定标率并没有显示出明显的区别,这与多波混频理论预测的能量定标率不符.这些实验结果与等离子体电流模型及粒子模拟结果符合得很好.因此,该研究不仅对双色激光方案进行了推广,而且证实了其物理机制应该归结为等离子体电流模型.     

强场宽带太赫兹波辐射的研究进展

太赫兹光谱分析和检测技术在材料特性研究、医学诊断、环境监控等方面具有广阔的应用前景。目前高性能太赫兹源的缺乏是太赫兹光谱检测和成像技术发展缓慢的制约因素之一。因此,强场宽带太赫兹源的开发一直是太赫兹领域的研究重点。综述超快飞秒激光脉冲驱动下强场太赫兹波辐射的研究进展,详述激光激励金属纳米薄膜、气体和液体中等离子体辐射宽频强场太赫兹波的现象和物理机制,并比较了各种强场太赫兹产生方法的特点和优缺点,最后讨论基于超快激光激发物质产生太赫兹波的发展前景及所面临的挑战。     

氦原子非次序双电离对正交双色场强度比的依赖关系

利用经典系综模型研究了正交双色场中氦原子非次序双电离对双色场强度比的依赖关系.研究表明, 该依赖关系与双色场相对相位φ 有关. φ =0.25π 时,沿长波长激光偏振方向的相关动量谱随强度比的增大从相关模式转变为反相关模式. φ =0.35π, 0.45π 时,相关动量主要分布在第一和第三象限,相关模式几乎不随强度比的变化而变化.对双电离轨迹碰撞时间、碰撞角、碰撞动量的向后分析可以解释上述结果,并显示了正交双色场对非次序双电离中碰撞时间、碰撞角的控制作用.     

激光等离子体光丝中太赫兹频谱的调控

研究了双色激光场激发空气成丝产生太赫兹辐射频谱的变化规律.实验观察到随驱动光功率和光丝长度增加,太赫兹光谱主要发生红移的现象.分析表明,由于等离子体密度的增加,太赫兹辐射的趋肤深度减小,等离子体吸收主导了红移的发生.在光丝足够短的条件下,趋肤深度远大于光丝长度,从而产生等离子体振荡主导的太赫兹辐射光谱蓝移.本研究为超快宽带太赫兹辐射的频谱调控提供了新思路.     

通过双色场和静电场的合成来拓宽高次谐波谱

本篇文章提出了一种通过双色激光场和静电场合成来拓宽高次谐波谱平台区域的方案.我们针对氦原子数值求解了一维含时薛定谔方程,并且得到了不同合成激光场条件下的高次谐波谱,并结合了经典电离-回碰动能分布图和时频分布图分析了静电场对高次谐波谱产生过程的影响.计算结果表明,通过在双色激光场上叠加一个静电场,可以有效地拓宽高次谐波谱的平台区域,从而得到一个频带宽度为358eV的超连续谱.     

氦原子在啁啾激光与中红外组合场中产生的单个阿秒脉冲

通过Crank Nicolson方法数值求解一维氦原子的含时Schrdinger方程,研究了啁啾激光与中红外激光形成组合场驱动氦原子发射高次谐波的特点.研究结果表明,在组合场驱动下,高次谐波平台区能得到很大的扩展,其截至位置得到大幅度扩展,对平台区不同阶次范围的高次谐波进行叠加均能得到单个的阿秒脉冲,最短可实现46 as的单个脉冲输出,经分析发现,中红外场的加入,不仅使高次谐波的平台得到扩展,而且提高了平台区前端的谐波强度.通过经典计算和对电离几率特点的讨论,解释了发生这种现象的原因.     

利用两束同色激光场和半周期脉冲驱动原子产生单个阿秒脉冲

利用分裂算符方法数值求解一维氦原子的含时薛定谔方程,研究了氦原子在两束同色激光场与半周期脉冲(Hcps)形成的组合场驱动下所发射高次谐波的特点.研究结果表明,氦原子在这种组合场驱动下,高次谐波谱的平台区域能得到很大的扩展,其截止位置可延伸到I_P+9.6U_P,通过构造截止位置附近的高次谐波谱能够得到脉宽为63 as的单个阿秒脉冲.经过分析后发现,半周期脉冲的加入不仅使高次谐波谱平台能够得到扩展,同时还抑制了电子长路径对高次谐波的贡献. 关键词： 两束同色激光场 半周期脉冲 高次谐波 阿秒脉冲     

光电导天线太赫兹辐射峰值调控研究

针对微结构光电导天线与飞秒激光之间相互作用效应以及辐射太赫兹波调控问题进行了研究。采用德鲁德-洛伦兹理论模型获得微结构光电导天线辐射光电流密度,通过时域有限差分把光电流密度迭代在激励网格上,结合麦克斯韦方程求解时变电磁场,并通过传输线格林函数获得多层介质近场到远场的辐射太赫兹波,建立了辐射光电流与辐射阻抗、电磁共振模式之间的关系模型,模拟仿真分析了微结构S型光电导天线太赫兹波辐射调控机理。研究结果表明:微结构改变了天线等效模型的辐射阻抗;同时得知耦合系数不为零时存在耦合作用,且随着耦合系数增大共振频率峰值发生辐射增强和位移;并通过设计S型光电导天线获得辐射峰值频率调整范围为0.50~0.80 THz之间,对比工形天线辐射峰值频率由原来的0.40 T移动到0.76 T,频率调整度75%,峰值辐射效率约提高70%。该研究工作为后续高功率光导天线太赫兹波辐射的共振中心频点以及结构设计奠定重要基础。     

在双色共振激光场中电子原子碰撞的自由-自由跃迁过程

研究了双色共振激光场中电子原子碰撞的自由-自由跃迁过程. 利用三能级模型和旋转波近似得到了靶原子的波函数, 在波恩近似的基础上进一步导出了多道碰撞的微分截面公式. 利用此公式计算了共振激光场中的激发碰撞对整个的碰撞贡献.     

通过双色场和静电场的合成来拓宽高次谐波谱

本篇文章提出了一种通过双色激光场和静电场合成来拓宽高次谐波谱平台区域的方案.我们针对氦原子数值求解了一维舍时薛定谔方程,并且得到了不同合成激光场条件下的高次谐波谱,并结合了经典电离-回碰动能分布图和时频分布图分析了静电场对高次谐波谱产生过程的影响.计算结果表明.通过在双色激光场上叠加一个静电场,可以有效地拓宽高次谐波谱的平台区域,从而得到一个频带宽度为358 eV的超连续谱.     

原子在双色组合场中产生高次谐波的转换效率与激光波长的关系

利用分裂算符法求解速度规范下的含时薛定谔方程,研究了一维氦原子处于单色红外场、红外场与紫外场形成的双色组合场中产生的高次谐波谱,分析了在截止位置附近高次谐波的转换效率与激光波长(800—2000 nm)的关系,发现在双色组合场驱动下截止位置附近高次谐波的转换效率随波长的变化为η(λ)∝λ^－x,其中〈x〉的数值取决于激光场的强度,但是只要选取合适场强的组合场就能提高截止位置附近高次谐波的转换效率. 关键词： 双色组合场 分裂算符 高次谐波 转换效率     

太赫兹波合束技术的理论研究

设计了太赫兹合束的空间几何模型,计算模拟出了单束、2×1双束以及2×2四束太赫兹束的空间合束图像,并研究了接收距离、高斯光束峰值间距与太赫兹束干涉强度的关系,以及束间相位差对合成的影响.结果表明:2×1、2×2合束模式的峰值强度增大倍数近于4倍和16倍;2×1模式和2×2模式对应的最优太赫兹合成的观测接收距离分别为0.325m和0.223m;光束间距与合成峰值光强成非线性反比关系,不存在最大值或最小值临界点.对2×1模式进行了存在束间相位的合束模拟,得到束间相位差与合成强度的关系,并于相位差为π时达到最小值,故束间相位差虽不可避免,但可以减小.