太赫兹场中里德堡铷原子的相干操控

采用含时多态展开方法研究了太赫兹场中里德堡铷原子布居数迁移的动力学过程,计算了一个太赫兹脉冲序列与三能级里德堡铷原子系统相互作用后的布居数分布,以及多脉冲序列对多量子态里德堡铷原子系统的相干操控,给出了同一主量子数n中不同角量子数l态布居数的含时演化过程.结果表明:通过优化太赫兹脉冲序列参数,铷原子布居数可由初态被抽运到较高的目标态,在太赫兹频率范围实现里德堡原子的操纵与控制.     

频率啁啾激光场中锂原子的激发与态囚禁

采用含时多态展开方法,对不同频率啁啾激光场中里德堡锂原子布居数的相干迁移特性进行了计算研究。结果表明：布居数跃迁几率对激光脉冲形状、激光场强度、啁啾率等参数非常敏感,在合适的激光参数下,可以实现布居数在四个量子态之间的完全迁移和量子态的囚禁。     

太赫兹辅助测量铷原子超快量子相干过程的理论研究

太赫兹辅助光电离瞬态测量方法可以分辨超快量子拍频,同时对复杂量子系统的超快密度矩阵演化进行成像.本文依据这种方法提出了一种具体的实验方案,利用紫外脉冲(脉宽为30 fs)和高强度太赫兹脉冲(峰值场强:约1 MV/cm)组成复合探测电场,探测铷原子5S1/2和5P3/2叠加态振荡周期约为2.6 fs的量子拍频过程,量子体系密度矩阵演化的布居项和相干项投影在光电子动量谱的不同位置,可以对密度矩阵演化实现完全信息测量.本文设计的实验方案不需要阿秒高次谐波或自由电子激光等复杂的先进光源,可以成为探索复杂量子体系超快相干动力学过程的新方案.     

啁啾激光场中钾原子的激发

采用含时多态展开方法研究了高斯啁啾激光激发钾原子布局数跃迁的动力学过程,得到了不同激光脉冲强度、频率啁啾场中里德堡钾原子布局数跃迁,实现了布局数向目标态的跃迁.     

里德堡钾原子的布居数在受激拉曼绝热通道中的相干迁移

本文用含时多态展开方法研究了在两束部分重叠的脉冲场驱动下布居数在钾原子量子态中的相干迁移。结果表明，布居数能否实现完全迁移取决于两个脉冲的持续时间和重叠程度，当脉冲的持续时间和重叠合适时，将发生布居数的完全迁移，并形成布居数囚禁。     

基于Rydberg原子天线的太赫兹测量

Rydberg原子在微波和太赫兹频段具有极大的电偶极矩,利用量子干涉效应可实现对该频段电磁波场强的高灵敏探测,理论上灵敏度可达到远高于现有探测技术的水平.基于Rydberg原子量子效应的电磁场探测及精密测量技术在太赫兹的场强和功率计量、太赫兹通信和太赫兹成像等方面有着巨大的应用前景.本文回顾了基于Rydberg原子量子干涉效应实现电磁波电场自校准和可溯源测量的基本理论和实验技术,详细介绍了基于Rydberg原子的高灵敏太赫兹场强测量、太赫兹近场高速成像和太赫兹数字通信的基本原理和技术方案.最后简单介绍了本研究团队正在开展的基于Rydberg原子的太赫兹探测工作.     

里德伯钠原子经绝热快速通道的布居数跃迁相干控制

运用含时多态展开方法和B-样条函数研究了啁啾频率微波场中里德伯钠原子的量子态之间的布居数迁移.计算了里德伯钠原子n=70-77的开普勒频率.计算了在不同的微波场中六个态的布居数从n=70到n=77随时间的迁移,布居数跃迁到最终态n=77达到了98%,这可以通过连续的单光子跃迁来实现.结果表明,通过优化微波脉冲参数可以实现从低态到较高态的布居跃迁的相干控制.     

太赫兹生物效应的原理和应用

太赫兹技术在过去数十年间发展迅速,作为一种强大的生物大分子表征工具,太赫兹光谱和成像技术展现了其在诊断医学和临床医学中的广阔前景。通过太赫兹光谱系统可以对生物样本的特定成分进行定量分析,类似地,太赫兹成像系统可以给出样品中待测成分的空间分布。以太赫兹光学系统的类型为索引综述了太赫兹诊断医学方面一些具有代表性的研究,并从生物个体、组织、细胞到生物大分子的层面介绍了一些太赫兹生物效应的研究。尽管太赫兹临床医学领域仍处于尝试和初步探索的阶段,但已经呈现了很多具有应用潜力的开创性研究,如太赫兹辅助靶向药物跨膜运输和太赫兹癌细胞DNA去甲基等,为太赫兹技术的生物医学应用奠定了基础。最后总结太赫兹生物效应的研究现状,对该领域的重点研究方向和可能的突破点进行分析展望。     

基于石墨烯的太赫兹器件研究进展

石墨烯是一种零带隙二维的半导体材料, 具有极高的载流子迁移率, 优异的机械、电学、热学和光学等性能. 在太赫兹辐射源、调制器和探测器件的研究中, 石墨烯材料具有独特的优势. 本文以石墨烯材料在太赫兹辐射源、调制器以及探测器等器件方面的应用为主, 综述了石墨烯太赫兹器件的最新研究进展.     

基于发光二极管的强场太赫兹相机

报道了一种基于发光二极管(LED)的强脉冲场太赫兹相机,其工作原理是皮秒脉宽的强场太赫兹辐照到LED之后,当太赫兹电场强度大于50 kV/cm时,由于碰撞电离效应,LED两端会产生纳秒脉宽的光伏信号.利用此效应成功制备了扫描式和阵列式的LED太赫兹相机,并捕捉到了由铌酸锂倾斜波前技术产生的强场太赫兹焦斑.该相机有成本低...     

Laser pulse design for coherent control of Rydberg lithium atoms

<正>Using the time-dependent multilevel approach(TDML),this paper studies the dynamics of coherent control of Rydberg lithium atoms and demonstrates that Rydberg lithium atoms can be transferred to states of higher principal quantum number by exposing them to specially designed frequency-chirped laser pulses.The population transfer from n= 70 to n= 75 states of lithium atoms with efficiency of more than 90%is achieved by means of the sequential adiabatic rapid passages.The results agree well with the experimental ones and show that the coherent control of the population transfer from the lower n to the higher n states can be accomplished by the optimization of the chirping parameters and the intensity of laser field.     

强激光与等离子体相互作用产生的超强太赫兹辐射

超短强激光脉冲在等离子体中传播时会激发大振幅的等离子体尾波场，它是一种电子等离子体波．由于这是一种静电波，它一般不能转换成电磁辐射．我们发现在不均匀等离子体中激发的尾波场在一定条件下可以通过线性模式转换产生电磁辐射．由于用超短强激光脉冲尾波场可以达到的电场振幅达100GV／m，其振动频率在太赫兹（10^12Hz）附近，用这种方法可以产生电场强度达到GV／m的太赫兹辐射．     

Laser pulse design for coherent laser control of potassium atoms

In this paper, the dynamics of coherent laser control of potassium atoms is studied by using the time-dependent multilevel approach (TDMA). The calculation results of population transfer are presented with different laser fields. The results show that the population can be transferred to target state completely by a specially designed laser field.     

High power terahertz pulses generated in intense laser-plasma interactions

Terahertz (THz) radiation has attracted much attention due to its wide potential applications. Though radiation can be generated with various ways, it is still a big challenge to obtain strong tabletop sources. Plasma, with the advantage of no damage limit, is a promising medium to generate strong THz radiation. This review reports recent advances on strong THz radiation generation from low-density gases and high-density solid targets at different laser intensities.     

基于光场离化电流机制产生强太赫兹辐射的参数优化研究

基于超短激光脉冲与气体作用通过光场离化电流产生太赫兹(THz)辐射的模型, 研究了用双色激光脉冲的方法产生强THz辐射的优化参数条件. 数值计算表明, 导致THz辐射产生的离化电流主要是由一阶电离过程产生的, 高阶离化对该电流产生的贡献很小. 通过调节基频光与倍频光的配比、相位差都能增大离化电流, 从而可以提高THz辐射振幅. 将激光波长拓展到中红外波段, 也有利于提高离化电流. 此外,改变作用气体的种类也能改变离化电流. 在激光和密度参数相等的情况下, 在氦气中可以产生高于氮气中2倍左右的离化电流.     

激光等离子体太赫兹辐射源的频率控制

实验研究了双色超快强激光场作用于氮气分子束所产生的宽带太赫兹(THz)辐射光谱随等离子体介质的密度和长度的依赖关系, 发现THz辐射的中心频率随等离子体密度提高和长度减小而增大(0.8-1.4 THz), 且谱宽也随之增加(0.78-1.53 THz). 分析和计算表明, 太赫兹光谱的变化由等离子体振荡频率和谱宽决定. 该发现为等离子体宽带太赫兹辐射源的光谱操控提供了新思路.     

Spectroscopy of the three-photon laser excitation of cold Rubidium Rydberg atoms in a magneto-optical trap

The spectra of the three-photon laser excitation 5S _1/2 → 5P _3/2 → 6S _1/2 nP of cold Rb Rydberg atoms in an operating magneto-optical trap based on continuous single-frequency lasers at each stage are studied. These spectra contain two partly overlapping peaks of different amplitudes, which correspond to coherent three-photon excitation and incoherent three-step excitation due to the presence of two different ways of excitation through the dressed states of intermediate levels. A four-level theoretical model based on optical Bloch equations is developed to analyze these spectra. Good agreement between the experimental and calculated data is achieved by introducing additional decay of optical coherence induced by a finite laser line width and other broadening sources (stray electromagnetic fields, residual Doppler broadening, interatomic interactions) into the model.     

飞秒超强激光驱动太赫兹辐射特性的实验研究

强太赫兹源是太赫兹科学技术发展的关键,其中大能量强场太赫兹脉冲源在超快物态调控、新型电子加速器等领域具有重要的应用前景.超快超强激光与等离子体相互作用是近年来发展起来的一种新型的强场太赫兹辐射产生途径.本文报道了利用超强飞秒激光脉冲与金属薄膜靶作用产生太赫兹辐射的实验结果,研究了激光能量和离焦量对靶后太赫兹辐射能量的影响,并通过监测激光背向散射光谱,定性揭示了其变化规律与不同光强下的电子加热机制的相关性.实验表征了太赫兹辐射的频谱、偏振及聚焦光斑情况.测量结果表明,实验产生了脉冲能量达458μJ、聚焦场强高达GV/m量级的超宽带太赫兹辐射,为开展极端太赫兹脉冲与物质相互作用研究提供了一种新的强场太赫兹光源.