基于飞秒激光的宽谱高能量太赫兹源研究

【摘要】：近年来,随着太赫兹时域光谱技术的不断发展,以及其对于太赫兹电场的相干探测方式,使得人们对于太赫兹时域光谱技术给予了更多的关注。而高能量、宽谱太赫兹波由于其时间分辨率高(飞秒量级)、能量强(单脉冲能量在ω量级)和频谱覆盖范围宽等优点在物理、化学、生物等基础自然科学,以及半导体、电子学和非线性光学等研究领域具有广泛的应用前景。本文的主要工作就是设计并搭建基于铌酸锂光整流效应的强太赫兹源,并对系统性能进行了研究。另外,还设计搭建了空气等离子体产生与探测的宽谱太赫兹时域光谱系统。本文主要内容包括： 一、介绍了基于铌酸锂光整流效应的高能量太赫兹源及系统特性。所搭建的实验系统采用铌酸锂(LiNbO3)晶体作为太赫兹波的产生晶体,碲化锌(ZnTe)晶体作为探测晶体。我们分别采用相干与非相干两种探测方式探测太赫兹波的能量。两种方式均指出该系统所产生的太赫兹脉冲能量达到了ω水平。另外,还研究了入射光偏振态以及脉冲宽度对太赫兹波的能量的影响。 二、介绍了采用飞秒激光(800nmm)及其二次谐波(400nm)共同聚焦产生等离子体的方式产生了宽谱太赫兹波。在该系统中,我们展开了一系列的研究工作：首先,我们采用刀口法获取了太赫兹波束形状信息。其次,通过改变泵浦光能量采集不同能量下的太赫兹时域波形信号,发现不同泵浦光能量下1-6.5THz内的频谱变化较为明显,泵浦光能量高时其幅值反而下降,我们初步认为是由于等离子体的吸收所致。 三、介绍了采用外加偏置电压的相干探测方式对之前所述宽谱太赫兹源进行探测。我们发现探测光强度的增加以及偏压电场的增加均会使频谱发生微小的展宽。实验数据还验证了四波混频探测理论的正确性。另外,通过采集偏压电极在光束传输方向上不同位置时的时域光谱信号,发现了古依相移现象。