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飞秒激光激励气体产生太赫兹波的理论研究

戴厚梅  
【摘要】:气体中产生太赫波的方法具有许多其他方法无法比拟的优点,诸如:可以得到大的带宽,结构简单等等。本论文主要是从修正后的光电流模型出发,模拟研究该物理过程中各物理参量对最后太赫兹输出的影响,其中,研究气体选大气。另外,针对新出现的适合用于远程探测太赫兹波的TEA方法进行模型构建,模拟研究该探测的物理过程。具体研究内容如下: (1)对现有的光电流模型进行修正,将大气离化考虑到二阶,并且考虑电子在运动过程中与周围粒子的散射等因素,推导出新的光电流的表达式,得出一套新的理论。 (2)利用修正后的光电流模型模拟研究在800nm飞秒激光的基础之上引入400nm倍频成分后太赫兹波辐射量的增强情况,分析增强的原因;然后又研究了双色激光激励情况下两光束之间的相对相位差对最后太赫兹输出的影响;然后对各种波长组合激励情况进行了讨论。 (3)保持800nm与400nm泵浦脉冲能量不变改变其脉冲宽度时,大气离化过程会相应的变化,离化电子在该激光场中的加速过程也会不同,从而输出太赫兹波的波形以及频域分布都会相应的有所变化,采用修正后的光电流模型研究太赫兹输出随泵浦脉冲宽度变化的关系。 (4)采用修正后的光电流模型研究太赫兹输出随800nm与400nm泵浦能量的关系,其输出的强度及频谱分布等参数的相应变化,分析原因,从而了解增加泵浦能量在得到高太赫兹输出上的潜力。 (5)在双色激光组合激励大气产生太赫兹波的过程中,400nm倍频激光的引入大大增强了最后的太赫兹输出,采用修正后的光电流模型模拟研究太赫兹输出随400nm倍频量的关系,研究过程可保持800nm与400nm总泵浦能量不变,改变二者的强度比例,进行输出太赫兹计算,得出结论。 (6)研究了几个飞秒脉宽的单色800nm激光激励气体产生太赫兹波的情况,当脉宽窄到只有几个飞秒时,脉冲只包含几个周期的电场振荡,自身具有一定的非对称性,该非对称性情况与激光场的初始相位有关,对最后的太赫兹输出有一定的影响。 (7)飞秒激光激励大气离化电子的过程,会辐射一定的声波,若使用太赫兹波作用于该大气等离子体,声波辐射会有所增强,通过探测声波增强的幅度,可反推出作用太赫兹的强度乃至相位等信息,该探测太赫兹的方法简称TEA,很适合用于太赫兹波远程探测中,本论文旨在构建一物理模型,模拟研究该探测过程,得出一些积极的结论,有助于该探测方法的改进和提高。


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