CN104577647A - 太赫兹波的椭圆偏振调制方法 - Google Patents

Abstract

一种太赫兹波的椭圆偏振调制方法，该方法是将一般小于10个光周期的超短脉冲在空气中聚焦成丝，产生太赫兹波，辐射出的太赫兹波偏振控制有以下特点：太赫兹波的偏振为椭圆偏振，其椭偏度和电场强度随入射激光的脉冲宽度变化而变化，脉宽越宽椭偏度越小，电场强度越小。偏振椭圆的长轴随驱动激光载波-包络相位的变化而变化。本发明分别调节驱动激光的脉宽和载波包络-相位，可以调节产生的太赫兹波的椭偏度和长轴方向。

Description

太赫兹波的椭圆偏振调制方法

技术领域

本发明涉及太赫兹波，特别是一种太赫兹波的椭圆偏振调制方法，有助于太赫兹波的广泛应用

背景技术

太赫兹波是振荡频率位于0.1-10THz(1THz＝10¹²Hz)的电磁波。近三十年来，因其在时域光谱、相干控制、成像和远程探测等领域的应用而被广泛研究。随着超短脉冲激光技术的发展，激光成丝产生太赫兹波成为获得太赫兹波的重要方法。这种方法产生的太赫兹波的光谱范围覆盖0.1-10THz，场强可达0.3MV/cm左右，并能实现远程产生和探测。

太赫兹波的偏振控制对于太赫兹波在探测、成像等领域的应用具有重要意义。但是由于这一波段的特殊性质，目前还没有很好的偏振控制方法。传统的方法，例如光电导开关和光整流等，一般只能产生窄带的线偏振太赫兹波，而且偏振方向很难控制。如何简单有效的控制太赫兹波的偏振同时保证它的电场强度不变，是世界范围内的重要课题。2009年，美国SLAC国家加速实验室Wen等人通过旋转倍频晶体初步实现对双色场产生的线偏振太赫兹波的偏振控制。美国伦斯勒理工学院张希成教授研究组提出圆偏振双色场激光在空气中成丝太赫兹波的方法，可以实现对线偏振太赫兹波偏振方向的调控；2012年该小组还利用通电螺线管产生了椭圆偏振的太赫兹波，但是对于偏振度和长轴方向的控制还是难以实现，由于使用了电学装置，这种方法也不能远距离产生太赫兹波。因此，产生偏振可控的太赫兹波，无论对于太赫兹波的应用还是对于研究太赫兹波本身都具有非常重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述已有技术存在的缺陷，提供一种太赫兹波的椭圆偏振调制方法，该方法能够方便的调节太赫兹波的偏振方向和偏振度，实现太赫兹波偏振的全光控制。

本发明的技术解决方案如下：

一种太赫兹波的椭圆偏振调制方法，该方法采用的装置包括脉宽可调的圆偏振周期量级激光器，沿该圆偏振激光器输出光的前进方向依次是石英楔板对、第一凹面镜、聚乙烯挡板、第二凹面镜、太赫兹偏振片和太赫兹功率计，该太赫兹功率计的输出端接计算机的输入端，特点在于该方法包括下列步骤：

1)由所述的脉宽可调的圆偏振周期量级激光器输出脉宽小于10个中心波长、能量密度大于10¹³w/cm²的圆偏振光脉冲，经石英楔板对、第一凹面镜后在空气中聚焦成丝，产生椭圆偏振太赫兹波，逐一改变太赫兹偏振片的方向,每次使用太赫兹功率计记录太赫兹波的功率,以获得太赫兹波的椭偏的长轴方向；

2)通过移动石英楔板对的相对位置改变圆偏振光脉冲透过所述的石英楔板对的厚度，使所述的太赫兹波的椭偏的长轴方向到达设计要求；

3)调节所述的脉宽可调的圆偏振周期量级激光器的脉宽，以控制太赫兹波的椭偏度到达设计要求。

本发明的优点：

1、与传统电学产生方法相比，本发明优势在于可以在远距离产生的，且其偏振更易于操控。

2、与双色场激光成丝产生太赫兹波的方法相比，本发明能够产生椭圆偏振的太赫兹波，并通过调节激光载波-包络相位调制太赫兹波的偏振方向，调节所述的脉宽可调的圆偏振周期量级激光器的脉宽，以控制太赫兹波的椭偏度。

附图说明

图1为本发明方法采用的装置光路示意图。

图2和图3为圆偏振光脉冲激光的载波-包络相位与太赫兹波偏振方向的关系图。

图4为圆偏振光脉冲激光的脉冲宽度与太赫兹波的椭偏度的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1为本发明方法采用的装置光路示意图。由图可见，本发明太赫兹波的椭圆偏振调制方法，该方法采用的装置包括脉宽可调的圆偏振周期量级激光器1，沿该激光器1输出光的前进方向依次是石英楔板对2、第一凹面镜3、聚乙烯挡板4、第二凹面镜5、太赫兹偏振片6和太赫兹功率计7，该太赫兹功率计7的输出端接计算机8的输入端，该方法包括下列步骤：

1)由所述的脉宽可调的圆偏振周期量级激光器1输出脉宽小于10个中心波长、能量密度大于10¹³w/cm²的圆偏振光脉冲，经石英楔板对2、第一凹面镜3后在空气中聚焦成丝，产生椭圆偏振太赫兹波，逐一改变太赫兹偏振片6的方向,每次使用太赫兹功率计7记录太赫兹波的功率,以探测太赫兹波的椭偏的长轴方向；

2)通过移动石英楔板对2的相对位置改变圆偏振光脉冲透过所述的石英楔板对2的厚度，使所述的太赫兹波的椭偏的长轴方向到达设计要求；

3)调节所述的脉宽可调的圆偏振周期量级激光器1的脉宽，以控制太赫兹波的椭偏度到达设计要求。

本发明实施例中所述的脉宽可调的圆偏振周期量级激光器是红外圆偏振超短激光脉冲激光器1产生了小于10个光周期的激光脉冲，其中心波长为1800nm，单脉冲能量0.5mJ，重复频率1kHz，采用空芯光纤展宽光谱，利用该光纤内的气体压强实现从9-18fs脉宽可控调节。该激光脉冲经过石英楔板对2，通过平移台控制石英楔板间相对位置，使光脉冲透过该楔板对厚度，以调节光脉冲的载波-包络相位，让该相位从0-2π随斜板厚度线性变化，相位最小调制量最小π/36，然后由焦距为15cm的第一凹面镜3聚焦到空气中，形成长度约8mm的等离子体光丝，光丝中的电子被激光场加速，引起偶极运动波，宏观上形成瞬时电流，瞬时电流从而波出太赫兹波，用厚度3mm的聚乙烯平板4将红外激光挡住，透过的太赫兹波由第二凹面镜5准直，成为平行光束。太赫兹偏振片6放于光路中既能与太赫兹功率计7配合检测太赫兹波的偏振度和偏振方向，又可以选择出某一偏振方向的太赫兹波。计算机8用来读取和记录太赫兹波的功率。

图2和图3表示太赫兹波椭偏长轴方向随该红外圆偏光的载波-包络相位的变化而发生旋转，且太赫兹偏振长轴方向的转动和载波-包络相位变化量是线性关系。图3为理论计算结果，可以看出，当载波包络相位从0变到π时，太赫兹波的偏振平面随之逆时针旋转180°。图4为实验结果，灰度表示太赫兹波的强度，随着载波-包络相位的增加，灰度条纹近似线性说明随椭振长轴方向是随载波-包络相位增加而旋转。由此，实验和理论都表明，通过改变激光的载波-包络相位可以调制太赫兹波的偏振方向，得到偏振到椭偏方向任意的太赫兹波。

图4为采用不同脉冲宽度(12fs和15fs)的圆偏振激光时产生太赫兹波的偏振情况。可以看出，激光的脉宽减小时，太赫兹波的强度随不同偏振方向得到不同程度的增强，即太赫兹波的椭偏度变大。实验和理论都表明，12fs和15fs激光驱动下，得到太赫兹波的椭偏度分别约为2.5和2。由此表明，本发明控制驱动激光的脉宽能够获得椭偏度一定的太赫兹波。

综上，本发明通过圆偏振超短激光脉冲在空气中成丝获得了椭圆偏振的太赫兹波，改变激光脉冲宽度能够调节太赫兹波的椭偏度，改变激光的载波-包络相位能够调节太赫兹波的椭偏方向，结合脉宽和载波-包络相位对应的太赫兹波辐射规律，可实现对产生的太赫兹波椭圆偏振进行调制，为其广泛应用提供了基础。

Claims (1)

1.一种太赫兹波的椭圆偏振调制方法，该方法采用的装置包括脉宽可调的圆偏振周期量级激光器(1)，沿该激光器(1)输出光的前进方向依次是石英楔板对(2)、第一凹面镜(3)、聚乙烯挡板(4)、第二凹面镜(5)、太赫兹偏振片(6)和太赫兹功率计(7)，该太赫兹功率计(7)的输出端接计算机(8)的输入端，特征在于该方法包括下列步骤：

1)由所述的脉宽可调的圆偏振周期量级激光器(1)输出脉宽小于10个中心波长、能量密度大于10¹³w/cm²的圆偏振光脉冲，经石英楔板对(2)、第一凹面镜(3)后在空气中聚焦成丝，产生椭圆偏振太赫兹波，逐一改变太赫兹偏振片(6)的方向,每次使用太赫兹功率计(7)记录太赫兹波的功率,以探测到产生的太赫兹波的椭偏的长轴方向；

2)通过移动石英楔板对(2)的相对位置改变圆偏振光脉冲透过所述的石英楔板对(2)的厚度，使所述的太赫兹波的椭偏的长轴方向到达设计要求；

3)调节所述的脉宽可调的圆偏振周期量级激光器(1)的脉宽，以控制太赫兹波的椭偏度到达设计要求。