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基于分子排列的飞秒光丝及太赫兹产生控制研究

童玉琪  
【摘要】:太赫兹波是一种波长位于红外和微波之间,频率在0.1-10THZ之间的电磁波,它具有携带信息量丰富、亚皮秒量级脉宽、少振荡周期、低光子能量等特性,在诸多领域有着巨大的应用价值。飞秒激光脉冲光丝能在远程产生较强的太赫兹波,避免了其在传播过程中受到的空气吸收等影响,如何有效控制其强度和偏振是人们普遍关心的一个问题。超短激光脉冲激发线性分子沿着光场偏振方向排列,并且在光场结束后会周期性地恢复,被称为分子的非绝热(无外场)排列。利用非绝热分子排列,可以实现飞秒脉冲成丝以及太赫兹辐射的无外场情况下的全光操控。 本论文工作主要以空气中双原子分子的无外场排列为基础,研究了飞秒光丝在预排列的气体分子中的传输,并且进一步研究了分子排列对光丝中产生的太赫兹辐射的影响。具体包括以下主要内容: 第一,实验上研究了空间平行传输的基波和二次谐波光丝间的相互作用。发现了除了在两脉冲相互作用区域的克尔效应产生的影响以外,由基波光丝预排列的双原子分子也会对后续的二次谐波光丝产生吸引、融合或者排斥等影响,同时这种影响也可以从光丝的荧光强度的变化和光谱的变化中体现出来。通过细致分析,发现了克尔效应引起的自相位调制和交叉相位调制与分子排列引起的交叉聚(散)焦效应是引起这种光丝间相互作用的主要因素。这一研究实现了在微米尺度的空间范围和飞秒量级的时域内的多波长超短脉冲传输的精确控制。 第二,实验上研究了分子无外场排列对由基波和二次谐波组成的双色激光脉冲成丝产生太赫兹辐射的相干控制作用。发现了通过调节泵浦光的延时到不同的排列周期或者调节泵浦光的强度,产生的太赫兹辐射会相应地得到加强或减弱。同时还发现在基波和二次谐波偏振垂直的情况下,产生的太赫兹波偏振也会随着分子的排列周期发生旋转。分子无外场排列诱导的交叉聚(散)焦效应、克尔效应以及等离子体散焦效应等在不同的时空范围都对太赫兹辐射的强度和偏振特性产生了不同的影响。这种针对太赫兹产生的无场操控方法对基于太赫兹辐射的各项研究技术,如空中遥感探测等具有非常重要的作用。


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