太赫茲（THz）波是介于中紅外和微波之間的、目前尚未被廣泛開發(fā)的電磁波頻段，它在遙感成像、時(shí)域光譜、非線性科學(xué)以及高能激光與物質(zhì)相互作用診斷等方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值。
如何有效地產(chǎn)生太赫茲輻射是太赫茲科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域首要關(guān)注的問(wèn)題。以往的研究發(fā)現(xiàn)，在空氣中傳輸?shù)募す猓?dāng)其光強(qiáng)達(dá)到一定閾值時(shí)，會(huì)電離空氣中的氮?dú)夂脱鯕獾确肿樱纬傻入x子體，這種等離子體能夠很好地實(shí)現(xiàn)寬帶太赫茲輻射源。
近幾年，利用雙色激光場(chǎng)在空氣中激發(fā)等離子體絲產(chǎn)生強(qiáng)太赫茲輻射的方法以其具有的較高的效率，受到了廣泛關(guān)注。這一方法產(chǎn)生強(qiáng)太赫茲輻射的微觀物理機(jī)制目前主要由離化電流模型和非線性四波混頻模型描述。之前的大量研究表明，此種太赫茲輻射源是一種單周期的寬帶脈沖。如能實(shí)現(xiàn)對(duì)這種輻射脈沖各參數(shù)(包括輻射角分布、載波包絡(luò)相位、脈沖能量等)的精密操控，便能夠充分拓展其應(yīng)用空間，發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。
最近，上海交通大學(xué)盛政明、陳燕萍課題組利用飛秒激光裝置，通過(guò)對(duì)雙色激光場(chǎng)在空氣中激發(fā)的等離子體光絲長(zhǎng)度以及泵浦雙色激光的相對(duì)相位差的調(diào)控，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)輻射的單周期太赫茲脈沖的載波包絡(luò)相位、空間分布以及峰值強(qiáng)度等參數(shù)的有效調(diào)控。
圖 雙色激光場(chǎng)在空氣中激發(fā)等離子體光絲輻射太赫茲波的物理圖像
該研究組還提出了“線性偶極陣列”的宏觀模型。在這一理論模型中，長(zhǎng)光絲中各個(gè)部分均被視為獨(dú)立的太赫茲輻射點(diǎn)源，遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)到的太赫茲信號(hào)是這些點(diǎn)源陣列輻射的相干疊加，這是解釋長(zhǎng)光絲下太赫茲輻射產(chǎn)生的關(guān)鍵。該模型的預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果相一致，為理解可控太赫茲輻射的產(chǎn)生提供了理論借鑒。
圖 激光等離子體光絲中“線性偶極陣列”輻射太赫茲波的物理圖像
相關(guān)研究成果于近期發(fā)表在Physical Review Letters [117, 243901 (2016)]上。
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