飞秒激光的等离子体吸收太赫兹特性研究

在利用飞秒激光器产生太赫兹波的过程中,等离子体本身会对太赫兹波能量进行吸收,其吸收特性在太赫兹波雷达探测、等离子体隐身、电磁干扰研究等方面有着广泛的应用前景。结合理论分析设计了一种等离子体吸收太赫兹波的测量系统,提出等离子体粒子间相互碰撞吸收是导致等离子体吸收太赫兹波的主要原因,并在实验测量研究中发现等离子体密度大小、光学透镜焦距长短以及入射飞秒激光与倍频晶体晶轴角度是影响吸收程度的主要因素,这些研究为等离子体吸收应用提供了更加全面的理论支撑,有助于推动太赫兹波技术在军事及民用领域的快速发展。     

超短强激光大气等离子体细丝中太赫兹辐射现象及其应用

超短强激光在大气中传输形成的等离子体细丝由于能够辐射出太赫兹信号而成为一种新的太赫兹辐射源,这对实现远距离太赫兹的远程传感具有重要的意义,在太赫兹辐射产生技术领域备受关注。详细综述了超短强激光大气等离子体细丝中产生太赫兹辐射现象的研究进展和现状,并着重对等离子体细丝产生太赫兹辐射的形成机理进行了概述和初步探讨,最后对其应用前景进行了展望,进而提出目前尚未解决的问题。     

太赫兹辐射源的研究进展

太赫兹技术在物理、化学等基础研究学科,以及安全检查、空间通信等应用学科都具有重要的研究价值和应用前景,而太赫兹辐射源正是太赫兹技术发展的关键部分.概述了基于激光光学技术、真空电子技术和超快激光技术产生太赫兹辐射的常用方法和主要特点,以及目前的研究状况,并对这各种太赫兹波辐射源的发展方向进行了展望.     

外加电场和磁场对太赫兹辐射产生的影响

通过对半导体太赫兹发射极在有和没有外加电场和磁场作用下发射光谱的测量。说明了外加电场和磁场对太赫兹电磁辐射的产生具有增强作用。采用反射式发射极在飞秒激光作用下辐射太赫兹脉冲的装置，同时利用电光取样方法探测太赫兹电场，得到了这些发射极的时域发射光谱，并通过快速傅里叶变换(FFT)得到了相应的频域光谱。实验表明，太赫兹时域发射光谱和频谱在外加电场、磁场作用下都有增强，但是所发射的频率成分和带宽都没有改变。借助于经典电磁理论的定性分析，认为太赫兹发射光谱在外加电场、磁场作用下的增强起源于半导体中载流子的加速运动受外加电场和磁场的影响。     

缓慢上升快速下降的飞秒激光脉冲与气体等离子体作用的太赫兹辐射产生研究

飞秒激光脉冲与气体等离子体作用可以产生宽带、强的太赫兹脉冲辐射。采用一种缓慢上升、快速下降的飞秒激光脉冲与气体等离子体作用产生太赫兹辐射,并基于等离子体电流模型计算了这种太赫兹辐射的特性。由于这种特殊整形的激光脉冲能够对电子的加速产生较大的速度,从而可以产生较大的等离子体电流和较强的太赫兹辐射。计算结果显示:尽管这种特殊整形的飞秒激光脉冲能量有所损失,它能够比普通双色飞秒激光脉冲产生更强、更宽的太赫兹脉冲辐射。该项研究为基于激光等离子体作用的太赫兹辐射源提供了新的思路。     

基于飞秒激光成丝的太赫兹成像

太赫兹成像作为太赫兹应用的关键技术之一,在安检、无损检测等方面有着广阔的前景。本文采用飞秒激光成丝产生太赫兹波,对掩膜板扫描成像,实现了约100 μm成像分辨率(峰值频率0.51 THz);研究了等离子体丝不同截断位置对太赫兹波产生的影响;通过特征提取,对比了不同时域、频域特征分析下的成像结果。结果显示:积分能量成像方法可以实现最优的成像效果。     

太赫兹脉冲整形技术研究进展

太赫兹(THz)脉冲整形技术在量子理论、生物医学成像、安全检查、亚毫米波通信等领域都具有重要的学术价值和应用前景。概述了基于飞秒脉冲的整形技术和新型太赫兹辐射材料整形技术,分析了太赫兹脉冲整形器件整形技术目前的研究状况,并对各种整形方法的发展进行了展望。     

相对论飞秒激光与微结构靶相互作用增强太赫兹波产生的数值模拟研究

为了增强相对论飞秒激光与固体靶相互作用下太赫兹波的产生,提出了前端锥形开口的纳米丝靶结构,并通过胞中粒子法(Particle-In-Cell)数值模拟,研究了该结构对太赫兹波产生的影响,还与普通结构的纳米丝靶所产生的太赫兹波结果进行了对比。结果显示,前端锥形开口的纳米丝靶结构能够明显增强太赫兹波的产生,在探测点位置得到了比普通纳米丝靶中的太赫兹波电场强3倍的结果。最后详细分析了不同靶型结构影响太赫兹波产生的物理因素,发现不同靶型结构通过影响入射激光的吸收与反射,进而影响靶后超热电子的能量与数目。上述研究结果将有助于推动强场太赫兹波领域的发展,为实验研究提供方案和数据支撑。     

由激光在等离子体中激发的尾波场产生的超强太赫兹电磁辐射

在不均匀等离子体中产生的激光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。由于激光尾波场可以达到的电场振幅达100Gv/m，其振动频率在太赫兹（1012Hz）附近，用这种方法可以产生超强GV/m的太赫兹辐射。它既可以作为一种辐射源，也可以在新型等离子体波加速器中用以诊断等离子体波的振幅。     

三色激光脉冲诱导液体介质产生太赫兹波的仿真研究

研发大功率、高能量、高效率且能在室温下稳定运行的太赫兹辐射源是太赫兹技术领域迫切需要解决的实际问题。基于瞬态光电流模型,采用数值仿真方法研究了三色激光脉冲诱导液体介质产生太赫兹波的物理过程,分析了相位差、强度比、波长以及脉宽对太赫兹辐射的影响。仿真结果表明：二次谐波和三次谐波相对于基波的相位差、强度比、波长、脉宽等都对太赫兹电场有明显的影响。同时,只有电离率随着激光电场振荡变化的隧穿电离机制才能产生瞬态光电流,从而得到太赫兹辐射。     

1 550 nm激光激发的紧凑型太赫兹时域光谱仪

为开发紧凑、轻质量、高稳定度的光纤耦合太赫兹时域光谱仪(THz-TDS),从色散补偿、非线性效应、偏振效应、天线参数等方面对基于1 550 nm波长的光纤飞秒激光器激发的太赫兹时域光谱系统进行理论及实验研究。结果显示,光纤耦合的光谱仪光谱带宽可达4.5 THz,动态范围达70 dB,质量12.3 kg,光路模块体积250 mm×90 mm×50 mm。进一步测试机械振动及环境温度对仪器的影响,在一定范围内,仪器具有较高的鲁棒性,可适应工业产业应用需求。     

液体产生太赫兹波的特性研究

最新的实验研究表明通过激光激发液体诱导等离子体可产生宽带太赫兹波,且液体作为太赫兹波辐射源具有独特的性质。液体具有与固体相当的物质密度,激光在一定区域内与分子的相互作用比气体多三个数量级;而与固体相比,液体的流动性使得每一个激光脉冲可与目标物液体靶的新区域相互作用。这些特性使得液体在高能量密度等离子体的研究中具有广阔的前景,甚至有可能成为下一代太赫兹波辐射源。本文全面综述了液体的流体状态和种类、激光入射位置和角度、脉冲持续时间以及脉冲能量等因素对产生太赫兹波的影响。     

气体等离子体产生太赫兹波的特性研究

基于光电流模型,对不同偏振情况的双色飞秒激光脉冲聚焦产生的气体等离子体中辐射出的太赫兹波特性进行了研究。根据光电流理论,气体分子被电离释放出的自由电子在非对称的激光场的作用下运动形成电子电流,产生在太赫兹波段的辐射。研究结果表明,太赫兹辐射的偏振特性与强度和入射双色激光的偏振特性紧密相关,仅当双色脉冲均为线偏振时,辐射出的太赫兹波才为线偏振,且强度受到双色脉冲偏振方向的夹角的影响;而对于实验中经过倍频晶体后变成椭圆偏振的基频光,太赫兹强度与倍频晶体的具体放置情况有很大关系,并且产生的太赫兹为椭圆偏振。     

超快强激光泵浦强太赫兹源及其驱动的材料非平衡态研究进展

太赫兹源是太赫兹科学技术发展和相关应用研究的基础。超快激光为太赫兹的产生和探测提供了稳定、可靠的激发光源。超快激光泵浦各种激发介质可以产生太赫兹波,激发介质主要有4类：1）固体介质,如光电导天线、晶体等;2）气体介质,如空气;3）液体介质,如液态水、液态镓、液氮等;4）等离子体介质,如钛薄膜、金属铜箔。太赫兹场强的进一步提高催生了人们对强场太赫兹与物质的相互作用以及太赫兹非线性光谱学的研究,太赫兹不仅能作为探测物性的手段,其发射光谱亦可以实现对材料中非平衡态载流子与晶格、自旋等有序度的强耦合。本文综述了超快激光激发数种不同类型介质产生太赫兹源的国内外研究发展历程,包括其工作原理以及目前存在的问题,总结了目前强场太赫兹波在物态调控方面的应用,以及太赫兹时间分辨光谱在新型物态探测方面的应用,最后展望了太赫兹源未来的发展趋势和应用前景。     

基于少周期激光脉冲与气体等离子体作用的太赫兹到中红外超宽带辐射产生

超强少周期激光脉冲与气体等离子体作用可以产生强的宽带太赫兹脉冲辐射。本文以数值计算为主要工具研究了少周期激光脉冲与气体等离子体成丝作用产生的等离子体电流及对应的太赫兹辐射特性。该过程中的等离子体电离处于多光子电离和隧道电离的过渡阶段。结果显示,该机制能够产生从太赫兹到中红外的超宽带辐射,且辐射的电场振幅是少周期激光脉冲载波相位的周期函数。太赫兹脉冲由激光脉冲脉宽和等离子体电离的时间演化确定,而不是由等离子体密度决定。本文为基于少周期激光脉冲与气体等离子体作用产生超宽带太赫兹辐射的实验提供了一定的理论参考。     

强太赫兹波的产生及其在非线性研究中的应用

强场太赫兹波具有高的峰值功率,相应地,其电磁场分量强度也很大。当强场太赫兹辐照物质表面时,会诱发一系列新奇的反常变化,受到人们的广泛关注。本文首先介绍了常见的一些强场太赫兹发射源,如光电导天线、光学整流晶体、超材料等,随后介绍了强场太赫兹技术在物态调控方面的一些典型应用,主要包括强场驱动热载流子运动、相干电子或声子调控、强场自旋电子学、太赫兹荧光发射、太赫兹克尔效应、生物医学等。     

强激光太赫兹辐射源研究现状与发展趋势分析

太赫兹源在无线通信、光谱学、生物医学成像和材料科学等领域具有极高的应用价值。近年来,对高品质强太赫兹源的需求更为迫切,而有效产生高品质强太赫兹源仍然是太赫兹科学中的关键科学问题。概述了几种激光太赫兹源的产生机制以及发展现状：非线性晶体可以高效率产生太赫兹源,但受到晶体能量损伤阈值限制,难于在超强激光条件下工作;气体等离子体太赫兹源可以突破电离阈值的限制,但太赫兹能量会随着激光强度的升高而饱和,无法进一步提升太赫兹的场强;固体靶等离子体是相对论电子在等离子体中动力学行为产生的超强太赫兹辐射,并且可以通过结构靶等方式调制太赫兹品质,有望高效率地产生高品质强太赫兹源。最后,总结和展望了太赫兹源在应用领域的发展趋势。     

第46届国际红外毫米波与太赫兹会议综述：太赫兹辐射源的最新研究进展

太赫兹波段介于微波与红外之间,具有许多独特的优势,如对许多物质的穿透能力、较低的光子能量等。这使得太赫兹技术在生物医学、安全检测、通信等领域具有广泛的应用前景。太赫兹辐射源是太赫兹技术的核心组件,其发展水平直接决定了太赫兹技术在各个应用领域的性能和前景。第46届国际红外毫米波与太赫兹会议聚焦了太赫兹辐射源的最新研究成果,展示了在新型辐射源、集成技术及优化设计等方面的重要进展。本文根据近段时间红外毫米波与太赫兹相关国际关会议报告的内容,总结并展示了不同类型太赫兹辐射源最前沿的研究内容与方向。这些成果为太赫兹技术在各个应用领域的进一步发展奠定了坚实基础。