激光参数影响太赫兹辐射的数值模拟

 利用2维PIC程序模拟了聚焦激光脉冲垂直入射非均匀等离子体,在界面激发超强太赫兹辐射的物理过程,研究了激光强度、脉宽和焦斑半径对太赫兹辐射功率和频率的影响,并和模式转换理论作了对比。结果表明:激光强度是影响太赫兹辐射功率的主要因素;当脉宽在等离子体波长附近时,激起的静电波振幅最大,此时对应的太赫兹辐射最强;同时存在一个最优的焦斑半径,使得辐射功率最大。     

基于600—2000 nm抽运源的太赫兹相干光源的最新进展

最近几年,紧凑型、便携式、低廉、可调谐的太赫兹波源由于具有广泛的应用前景因而成为太赫兹领域的研究焦点.波长为600—2000 nm范围的近红外光源由于具有体积紧凑、价格低廉、频率可调谐和工作稳定的特点,所以频繁被选为太赫兹波产生的抽运源.本文着重从双波长可调谐抽运源、内腔光参量振荡器太赫兹发生器两个方面进行了较系统的阐述.分析表明,近红外相对中红外双波长抽运光源由于具有更紧凑的结构而成为研究热点;差频和非线性级联过程由于具有调谐范围宽的特点而成为产生太赫兹辐射的重要手段. 关键词： 太赫兹辐射 近红外波段 调谐宽度 非线性级联过程     

多脉冲激光增强太赫兹辐射的PIC模拟

 模拟了强激光和稀薄非均匀等离子体相互作用在界面辐射超强太赫兹波的物理过程,提出了利用多脉冲激光增强太赫兹辐射的方案,详细研究了多脉冲激光的脉冲个数（取１～４个）、脉冲间距等因素对太赫兹辐射功率和频率的影响。当入射激光包含4个脉冲时,辐射最强,此时的辐射功率是相同条件下单脉冲的6倍,可达到7.16 MW,辐射的太赫兹波的脉宽约为330 fs,总能量约为1 μJ。研究结果表明:多脉冲激光可以显著增强太赫兹辐射,且随着脉冲个数的增加,激起的电子静电波振幅变大,辐射功率也随之变大,直到尾流场饱和;当脉冲间距等于入射激光脉宽时辐射最强。     

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。     

0.14 THz过模表面波振荡器初步实验研究

为获得大功率太赫兹源,对基于表面波振荡器的相对论太赫兹源进行了初步的实验研究。为便于机械加工和实验装配,器件采用过模矩形波导慢波结构。利用理论分析和数值模拟得到的参数,在CKP1000加速器上进行了实验。功率测量采用辐射场功率密度积分方法,频率测量采用截止波导滤波法。在电子束压为320 kV、电子束流强度为2.1 kA、引导磁场为5 T条件下,实验获得频率0.136 THz以上、脉冲宽度为1.5 ns和辐射功率约2 MW的太赫兹信号输出。     

用短谐振腔结构优化THz电磁波参量振荡器的输出特性

以MgO：LiNbO₃为非线性光学介质，通过采用一种高性能腔反射镜实现了一种85mm短腔长的法布里-珀罗式的光学参量振荡器，产生THz电磁波的实验结果.这种短腔长THz参量振荡器比传统的160mm腔长的振荡阈值降低了22.3％；峰值能量提高了170％；频率调谐范围从0.5—2.4THz提高到0.8—3.1THz.还报道了一种基于平面金属丝网的法布里-珀罗干涉仪测量THz波线宽的实验结果. 关键词： THz电磁波 OPO 非线性光学 3')" href="#">LiNbO₃     

Optical rectification in an area with a diameter comparable to or smaller than the center wavelength of terahertz radiation

We report the measurement of optically rectified terahertz (THz) wave power relative to the optical excitation area. Rectified THz wave power reaches its maximum when radius r of the optical excitation area is comparable to the center wavelength of the rectified THz radiation. When r is smaller than the center wavelength of the rectified THz radiation, an r(2) relationship is demonstrated. A model based on optical rectification and Bethe's diffraction theory is used to describe this relationship.     

周期极化非线性晶体中太赫兹波辐射研究

 从理论上详细研究了飞秒激光在周期极化非线性晶体中由光整流效应产生的太赫兹（THz）波辐射。利用天线辐射原理和光栅衍射理论，着重研究THz波辐射的频域场和时域场的分布。讨论和分析了THz波辐射的中心频率、频谱宽度和电场随辐射角的变化。研究表明，THz波的带宽反比于晶体的长度或光栅数，电场随辐射角呈准谐波变化。     

Simultaneous all-solid-state multi-wavelength lasers --- a promising pump source for generating highly coherent terahertz waves

A diode-end-pumped Nd:YAG dual-wavelength laser operating at 1319 and 1338 nm is demonstrated. The maximum average output power of the quasi-continuous wave linearly polarized dual-wavelength laser is obtained to be 2.1 W at a repetition rate of 50 kHz with an output power instability of less than 0.38% and beam quality factor M² of 1.45. Using the two lines, the highly coherent and narrow linewidth terahertz radiation of 3.23 THz can be generated in an organic 4-N, N-dimethylamino--methyl-stilbazolium tosylate (DAST) crystal. Meanwhile, the multi-wavelength red laser at 659.5, 664 and 669 nm is generated by frequency doubling and sum frequency processes in a lithium triborate (LBO) crystal. The average red laser output power is enhanced up to 1.625 W at a repetition rate of 15 kHz with an output power instability of better than 0.53% and beam quality factor M² of 6.05. Using the three lines, it is possible to generate the multi-wavelength THz radiation of 3.3, 3.43 and 6.73 THz in an appropriate difference frequency crystal.     

反应离子刻蚀ZnTe的THz辐射和探测研究

运用电光采样技术揭示了反应离子刻蚀（RIE）ZnTe晶体表面THz辐射的光学整流产生机制， 观察到0.25 ps的THz场分布.通过比较刻蚀前后以及不同刻蚀条件下ZnTe样品在不同激发功 率下的THz辐射强度，发现由于反应离子刻蚀破坏了ZnTe样品表面的有序性，晶体的电光系 数随射频功率的增加而减小.借助于计算不同刻蚀条件下ZnTe晶体的频率响应函数，分析了 随射频功率增加ZnTe晶体响应频谱展宽的现象. 关键词： THz辐射 反应离子刻蚀 ZnTe     

紧凑型THz源的史密斯-帕塞尔辐射模拟

 采用模拟和数值计算的方法,研究了THz波段的受激史密斯-帕塞尔辐射特性。实验装置以“上海电子束离子阱”为原型,采用紧凑型设计以便最终实现其可移动性。束流动力学模拟表明,此装置采用强磁场,可以得到平均流强为0.2 A、束流半径为75 μm的高品质电子束,为电子束工作在自由电子激光模式下创造了条件。基于Andrews和 Brau的理论,优化了光栅参数,保证了辐射角度在60°。其中消散场的计算频率为0.365 9 THz。采用particle-in-cell(PIC)程序模拟了光栅表面的辐射场以及电子的动力学特性。模拟结果表明电子有群聚效应,且二次谐波（0.723 THz,约为消散频率的2倍）得到增强。采用后处理方法计算了史密斯-帕塞尔辐射的功率空间分布。计算显示辐射角度与理论角度相一致,表明了方法的有效性。输出的功率约为2 mW。     

GaAs光电导天线辐射太赫兹波功率的计算

在Larmor公式的基础上建立了适合计算光电导天线辐射太赫兹波功率的数学模型,利用此数学模型通过蒙特卡罗方法分别计算了不同实验条件下GaAs光电导天线辐射太赫兹电磁波功率.计算结果表明,增加光电导天线的偏置电场或触发光能量,都能够提高天线辐射太赫兹波功率,大孔径光电导天线能够承载更多的光生载流子,因而可以产生比小孔径光电导天线功率更高的太赫兹波. 关键词： 光电导天线 Larmor公式 太赫兹波功率     

高重复频率相干衍射辐射超宽谱太赫兹源

研究了一种新型相干衍射辐射（CDR）太赫兹源,该太赫兹源基于中国工程物理研究院自由电子激光相干强太赫兹源（FEL-THz）的加速器电子束束流,具有MHz量级重复频率。理论分析、数值计算和PIC模拟证明了此太赫兹源时间长度可达到ps量级,中心频率在100~400 GHz可调,截止频率位于1~2 THz,脉冲峰值功率可达10 kW量级,平均功率可达到W量级,并且功率随束流流强成平方正比关系。     

基于耦合场量子受激拉曼散射的太赫兹波辐射

使用两块长度各为65 mm的MgO:LiNbO3和无掺杂LiNbO3晶体,以1064nm的Q开关Nd:YAG激光器作为抽运光源,在12 mJ/pulse的抽运光能量下得到频率范围为0.34～2.90 THz的电磁辐射.分析表明,激光入射使LiNbO3晶体中具有电磁特性的横光学声子可以和入射光子形成耦合场量子.作为一种电磁特性的元激发,LINbO3晶体的耦合场量子的辐射场频率覆盖部分太赫兹频段范围,并可通过耦合场量子受激拉曼散射过程辐射THz波.根据耦合场量子辐射理论,通过分析晶体的耦合场量子色散特性曲线,可以确定该晶体能否辐射THz波及其带宽范围.     

A Compact-Intracavity Frequency-Doubling Nd:YAG Laser with 1.3 W Dual-Wavelength (659.6 nm/669.4 nm) Light Output

Terahertz wave radiation has important applications in medical instrumentation, optical communication, and so on. In this paper, we demonstrate a dual-wavelength (659.6 nm/669.4 nm) light output of a compact intracavity frequency-doubling Nd:YAG laser. We achieve a maximum output power of 1.3 W at central wavelengths of 659.6 and 669.4 nm with linewidths of 57 and 74 pm, respectively. The power instability at the maximum output power is less than 1%, and the beam quality is 1.5. This dual-wavelength laser provides a potential source for generating a coherent terahertz wave radiation of 6.46 THz by the nonlinear optical difference frequency method.     

Generation of Terahertz radiation with two color semiconductor lasers

We discuss and analyze concepts for the generation of tuneable continuous wave terahertz (THz) radiation with two color diode lasers. First, different geometries of two color lasers are reviewed. We show that the THz power of two color lasers in combination with external photomixers becomes sufficient for scanning THz imaging applications when optical amplification with a tapered amplifier is implemented. Then, the concept of direct emission of THz radiation out of a two‐color semiconductor laser is reviewed and the potential of this concept with respect to THz bandwidth and achievable THz power is critically analyzed.     

周期极化铌酸锂中光整流THz波辐射

从理论上详细研究飞秒激光在周期极化铌酸锂(PPLN)晶体中由光整流效应产生的THz波辐射.着重研究THz波辐射场的频域场、时域场和频谱宽度的分布.并详细讨论辐射场脉冲持续时间、幅度、频谱宽度随晶体长度和辐射角的变化. 关键词： PPLN 光整流 THz波     

太赫兹大气传输特性实验研究

太赫兹在高速率通信、高分辨力雷达等方面具有广阔的应用前景,而对太赫兹辐射的大气传输特性及其规律进行系统的理论与实验研究则是发展利用该频谱资源的基础条件。对大气作用于太赫兹频段电磁辐射的吸收衰减进行了实验测试研究。通过双光路的差分系统设计,尽可能地减小太赫兹辐射源输出功率不稳定性所产生的系统误差,完成大气模拟环境下太赫兹波段多个频点传输的功率变化测定,以探索大气环境对不同频段THz波衰减的规律性;同时,建立太赫兹大气传输特性动态数据库对海量大气环境数据进行有效地分析,为实验数据处理及理论研究提供支持。收稿日期:; 修订日期:     

Frequency spectrum characterization of terahertz emission from laser-induced air plasma

Terahertz （THz） emission from laser-induced air-plasma is presented. The frequency spectra of THz wave are investigated using an air-biased-coherent-detection method. The frequency spectra are measured under different pump-pulse and probe-pulse energies. The frequency pump power and we speculate it caused by collision behavior spectra become narrow with the increasing Meanwhile, the bandwidth of the frequency spectra is broadened by the increasing probe power, which can be explained by pulse compression. Based on this finding, the optimal frequency spectrum of THz can be achieved by regulating the probe and pump beam.     

周期极化铌酸锂THz波产生理论分析

首先采用光参量振荡的机理研究了THz波在准相位匹配媒质周期极化铌酸锂晶体中同向传播与反向传播情况下,以及THz波从晶体表面辐射产生的特性;其次研究了THz波的温度调谐特性、极化反转光栅周期调谐以及改变入射泵浦光与光栅波矢夹角的调谐特性;然后分析了THz波谱宽特性,给出解析表达式,并与实验结果进行了比较,证明理论分析结果与Y.S.Lee等人所给出的实验结果符合很好;最后分析了THz波的稳定性与温度、光栅周期、泵浦入射角以及辐射角的关系.