單色超快激光成絲產(chǎn)生太赫茲輻射機(jī)理
1 單色超快激光與氣體介質(zhì)作用成絲輻射太赫茲波的機(jī)制
相比太赫茲光整流和光導(dǎo)天線太赫茲源的方法, 超快激光與氣體介質(zhì)作用成絲產(chǎn)生太赫茲波的方法不受介質(zhì)損傷閾值的限制, 使用起來(lái)更加方便。目前超快激光成絲產(chǎn)生太赫茲波主要是, 通過(guò)單色激光場(chǎng)與氣體介質(zhì)相互作用和雙色激光場(chǎng)與氣體介質(zhì)相互作用, 這兩種方法產(chǎn)生太赫茲波的機(jī)理各不相同，用單色超快激光場(chǎng)與氣體介質(zhì)作用形成等離子體產(chǎn)生太赫茲波的裝置, 實(shí)驗(yàn)中使用0.8μm波長(zhǎng)的飛秒激光通過(guò)聚焦透鏡lens(f1)形成等離子拉絲, 最終輻射出徑向偏振的太赫茲波；另外四波混頻模型產(chǎn)生太赫茲輻射的一般實(shí)驗(yàn)裝置圖, 實(shí)驗(yàn)中同樣使用0.8μm波長(zhǎng)的線偏振飛秒激光作為基頻的激發(fā)光, 二倍頻偏硼酸鋇晶體(bbo)用于產(chǎn)生二倍頻激光即0.4μm波長(zhǎng)激光, 飛秒激光依次通過(guò)聚焦透鏡lens(f2)和bbo, 與氣體介質(zhì)相互作用產(chǎn)生等離子體拉絲, 最終得到線偏振太赫茲波。
2 提高太赫茲輻射效率的若干方法
單色超快激光與氣體介質(zhì)作用產(chǎn)生太赫茲輻射效率的提高有很多方法, 在單色激光誘導(dǎo)形成拉絲的基礎(chǔ)上, 可以通過(guò)在拉絲周?chē)饧涌v向電壓、外加橫向電壓、雙拉絲等方法獲得更強(qiáng)的太赫茲波。這些方法不需要復(fù)雜的光學(xué)元件和光學(xué)晶體, 不需脈沖之間的精確對(duì)齊或相位調(diào)整, 因此這些方法可以運(yùn)用到更多的太赫茲技術(shù)應(yīng)用中。除此以外, 這種簡(jiǎn)單裝置產(chǎn)生的太赫茲源可以被放置在遠(yuǎn)距離目標(biāo)上, 能夠有效解決太赫茲波在遠(yuǎn)距離傳輸中空氣中水蒸氣對(duì)太赫茲波吸收嚴(yán)重這一問(wèn)題, 可以為接下來(lái)更多的探究奠定一定的基礎(chǔ)。
2.1 在拉絲周?chē)饧涌v向電壓提高太赫茲波的輻射效率
對(duì)于純粹的渡越-切侖科夫輻射, 拉絲內(nèi)部激光脈沖形成的有質(zhì)動(dòng)力產(chǎn)生了一個(gè)靜電場(chǎng), 外加縱向電場(chǎng)可以與該靜電場(chǎng)疊加, 達(dá)到增大太赫茲輻射的效果。在單色激光誘導(dǎo)的拉絲上加縱向電壓, 即利用脈沖能量一定的單色激光, 通過(guò)聚焦形成等離子體拉絲, 并利用兩個(gè)尺寸不同的電極給拉絲兩端加上橫向電壓。在拉絲周?chē)饧涌v向電場(chǎng)可以使太赫茲波的能量增大三個(gè)數(shù)量級(jí), 增大之后的太赫茲波的偏振狀態(tài)和不加電場(chǎng)時(shí)的狀態(tài)是一樣的; 在拉絲周?chē)饧訖M向電場(chǎng)的方法同樣可以使得太赫茲波能量增加三個(gè)數(shù)量級(jí), 但增強(qiáng)后的太赫茲脈沖的輻射角度和偏振狀態(tài)均有一些改變。
2.2 產(chǎn)生單色場(chǎng)雙拉絲來(lái)提高太赫茲波的輻射效率
在單色激光誘導(dǎo)形成拉絲的基礎(chǔ)上, 采用雙拉絲的方法可以使得太赫茲輻射增大一個(gè)數(shù)量級(jí), 增強(qiáng)后的太赫茲波的發(fā)散角度和偏振狀態(tài)都有所改變, 即通過(guò)使用了兩條飛秒激光脈沖, 分別在空氣中形成兩條重疊的拉絲, 并認(rèn)為第一個(gè)和第二個(gè)脈沖分別經(jīng)過(guò)渡越-切侖科夫輻射產(chǎn)生太赫茲波, 然而有趣的是, 最后產(chǎn)生的太赫茲信號(hào)比兩個(gè)脈沖單獨(dú)形成的太赫茲波信號(hào)相加的和至少大了一個(gè)數(shù)量級(jí)。這種方法一般適用于初始光的強(qiáng)度較弱的情況, 當(dāng)初始光過(guò)強(qiáng)時(shí)反而不能增強(qiáng), 即如果通過(guò)產(chǎn)生單色場(chǎng)雙拉絲的方法來(lái)提高太赫茲波的輻射效率, 那么對(duì)于初始光要有一定的限制, 具體的限制需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的參數(shù)來(lái)定。對(duì)比之前的放射狀偏振, 放大后的太赫茲波幾乎是嚴(yán)格線性偏振的, 其偏振方向并不依賴(lài)激光脈沖的偏振狀態(tài), 它最大的輻射強(qiáng)度沿著激光傳播的方向。
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