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太赫兹(THz)波的产生和相干控制研究

李栋  
【摘要】:本论文主要研究了基于飞秒激光的光学整流、光电导方法产生宽带太赫兹辐射,研究了对太赫兹(THz)波的主动控制和被动调控。在THz产生的过程中通过改变飞秒激光脉冲的波长和时域波形实现对THz波的主动控制;利用THz波与材料相互作用,通过对材料微观结构的设计,实现对THz辐射的被动调制。主要的研究工作有以下几个方面: (1)通过改变泵浦光的中心波长,研究了THz辐射的频谱与泵浦光波长之间的依赖关系;通过对泵浦脉冲整形方法,研究了整形后的飞秒脉冲产生的THz波的波形。研究发现通过改变飞秒激光的振幅和相位只能有限的改变产生THz辐射的峰值大小,而使用波形合成方法产生的脉冲串,可以有效地实现THz辐射波前的任意整形。 (2)利用铌酸锂晶体的双折射对THz脉冲进行了整形:o光和e光的相位差和相对振幅可以分别通过改变晶体的厚度和晶体光轴与太赫兹波偏振方向的夹角来控制。另外,利用导电膜对宽带THz脉冲的抗反射现象,可以消除不需要的回波。在时间分辨太赫兹光谱中,通过调节泵浦光强从而控制样品光激发层的载流子浓度,进而控制样品的内反射并实现对THz波的整形。 (3)研究了太赫兹波段下周期金属微结构对THz波的调制作用,具体包括:一维金属线栅、二维周期金属孔和二维周期金属块。在太赫兹波段下,Rayleigh波长和经典的表面等离子体共振频率几乎是重合的,它们共同表现为透射极小。形状共振与半波共振以及局域化表面等离子体(LSP)是统一的,同时具有波导共振和LSP的性质,在THz波段下的透射增强效应中扮演者重要的角色。通过改变金属薄膜微结构的周期、形状、基底等,可以有效的控制THz辐射的透射。一维金属线栅、二维周期金属孔和二维周期金属块分别在THz偏振片、THz带通滤波片和THz带阻滤波片方面具有很大的应用价值。


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