CN106253030A - 空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置及方法，目的在于，利用空心激光与惰性气体隧道电离形成空心等离子体，空心等离子体约束和转换电磁能的能力强，将约束储存在空心等离子体中的电磁能量转换成太赫兹波，通过调节空心激光的半径调节空心等离子体的半径和密度不同，实现对太赫兹波频率的调节，装置所采用的技术方案为：包括空心激光发生器和太赫兹辐射产生装置，太赫兹辐射产生装置包括基体，基体内储能腔，储能腔两端的基体上开设有贯穿基体的激光通道，储能腔与激光通道连通并构成密闭腔体，储能腔内设置有电极，电极连接有直流电源或脉冲驱动源，基体上设置有密封三通，密封三通与储能腔连通。

Description

空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置及方法

技术领域

本发明属于太赫兹波技术领域，具体涉及空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置及方法。

背景技术

在太赫兹波技术及应用中，太赫兹辐射源研究是太赫兹技术发展的重要环节，高效率、高功率、超宽频谱和小型化的太赫兹波源是其研究的几个重要方向。太赫兹辐射源主要通过光学技术、半导体、电子学技术等方向来实现，包括以下几类：

(1)基于光学技术的太赫兹波源：一类是在光导开关或者半导体中产生超快光电流，其机制是基于超短脉冲激光照射半导体材料产生的光载流子在偏置电压的作用下加速运动而辐射出太赫兹波段的电磁波。目前常用的光电导天线材料主要为低温生长的砷化镓(GaAs)、半绝缘的砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)等，禁带宽度、载流子的瞬态迁移率和寿命等参数直接影响了辐射的太赫兹波。另一类是由非线性器件产生太赫兹波，例如光整流(optical rectification)、差频(difference-frequency generation,DFG)、光参量振荡(optical parametric oscillation)等技术，所用到的非线性晶体主要有碲化锌(ZnTe)、钽酸铌(LiTaO3)和铌酸锂(LiNbO3)等。这些晶体声子吸收限制了产生的太赫兹波脉冲谱宽只能到3THz。

(2)半导体太赫兹源：目前主要有碰撞雪崩及渡越时间二极管(IMPATT)、耿氏振荡器(Gunn)、共振遂穿二极管(RTD)和量子级联激光器(QCL)等。前三者属于固体器件，其中IMPATT和Gunn的输出频率一般在0.3THz以下，输出为百mW到mW量级的连续太赫兹波，RTD目前的输出频率已达到1.42THz，输出功率为mW到μW量级，成为最有前景的半导体太赫兹源；后者是近期太赫兹源研究的一个热点，具有结构小巧、价格低廉和频率可调等特点，但是输出频率较高(一般高于2THz)，且效率和输出功率较低，需要低温环境操作。

(3)基于电子学技术的太赫兹波源：各种太赫兹真空电子器件辐射源是这一方法的主体，主要包括自由电子激光、返波管、回旋管、行波管、互作用器件及其它变型器件等。返波管是一种经典的慢波器件，非相对论连续波返波管在1.0THz频率以下的辐射波功率为1-100mW，目前最高的辐射频率为1.4THz，辐射功率为几十μW，最高输出功率的相对论太赫兹返波管由俄罗斯科学院研制，仅为0.33THz，脉冲功率为0.5MW，但装置需要引导磁场、水冷却系统和高偏置电压外设等，重量大，功耗高；回旋管是一种快波器件，可工作在过模状态，谐振腔的物理尺寸可远超过工作波长，太赫兹回旋管可产生频率为0.1-1.0THz，峰值功率为千瓦量级，平均功率为瓦量级的太赫兹波，但输出频率越高，器件所需的磁场越强，导致频率提高困难，且系统结构庞大、造价昂贵；自由电子激光输出频谱范围最宽(从毫米波到X射线，覆盖了整个太赫兹波段)且可通过调节输入电子束的能量实现输出波长连续可调、输出功率高(峰值功率可达吉瓦量级)、相干性强、波束质量好、光脉冲时间结构精细且可调，是最重要的太赫兹波源之一，但目前已有的自由电子激光装置都较大，例如俄罗斯NovoFEL装置采用射频直线加速器产生单个电子能量为12MeV的电子束，其峰值电流为10A，平均电流为20mA，能散为2％，发射度为2mm mrad，通过周期为120mm，总长度为4m的平面型波荡器，最终产生波长为120-230μm(频率为1.3THz-2.5THz)的辐射波，峰值功率达1MW，脉冲重复频率为11.2MHz，THz平均功率达400W。出于实用中对太赫兹自由电子激光源可移动性的需要，将其小型化是促进太赫兹技术从实验室走向广泛应用的基础。

(4)基于超短激光与大气等离子体相互作用：利用单色强超短激光束激光可产生太赫兹；有学者认为太赫兹是等离子体尾场和有质动力共同作用下产生的，也有学者认为是瞬态切伦科夫辐射产生的。在大气中将超快激光的基频和二次谐波相混合，在等离子体辅助下形成一个对称破缺场，可产生能量大于5uJ的THz脉冲。迄今为止，双色激光与空气作用产太赫兹波辐射依然有多种理论，例如非线性四波混频理论、微观离化电流模型和全量子理论模型。而在单色激光离化空气形成等离子体后，在等离子体加入偏置电场，可以使得太赫兹波辐射增强。

然而，之前文献中报道的激光与大气等离子体作用为实心激光束产生实心等离子体，靠等离子体振荡辐射THz波，而实心等离子体约束和转换电磁能的能力较弱，限制了产生太赫兹波THz的功率，实心等离子体的半径密度均匀不可调节，使产生的太赫兹辐射频率不可调，现有的装置造价较高，不能满足实际试验的需求。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置及方法，利用空心激光与惰性气体隧道电离形成空心等离子体，空心等离子体约束和转换电磁能的能力强，将约束储存在空心等离子体中的电磁能量转换成太赫兹波，通过调节空心激光的半径调节空心等离子体的半径和密度不同，实现对太赫兹波频率的调节。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：

空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置，包括空心激光发生器和太赫兹辐射产生装置，太赫兹辐射产生装置包括基体，基体内储能腔，储能腔两端的基体上开设有贯穿基体的激光通道，储能腔与激光通道连通并构成密闭腔体，所述空心激光发生器产生的空心飞秒激光束能够从左激光通道射入，经过储能腔后从右激光通道射出，所述储能腔内设置有沿空心飞秒激光束轴线方向对称的电极，电极连接有直流电源或脉冲驱动源，所述基体上设置有密封三通，密封三通与储能腔连通。

所述空心激光发生器包括依次连接的凸透镜和聚焦圆锥棱镜。

所述凸透镜和聚焦圆锥棱镜之间设置有发散圆锥棱镜。

所述发散圆锥棱镜和聚焦圆锥棱镜的顶角和折射率均相同。

所述左激光通道的入端和右激光通道的出端均设置有密闭的石英窗口。

所述激光通道为圆柱形通道，储能腔为球形空腔。

空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的方法，包括以下步骤：

1)将密封三通与真空泵连接对储能腔和激光通道抽真空，抽真空后通过密封三通注入惰性气体并密封；

2)对电极施加电压，在储能腔中存储电磁能量；

3)实心飞秒激光束通过空心激光发生器转换为空心飞秒激光束；

4)空心飞秒激光束从激光通道射入，在储能腔中空心飞秒激光与惰性气体隧道电离形成空心等离子体，并将存储的电磁能量转换成太赫兹辐射；通过空心激光发生器调节空心飞秒激光束的半径，调节太赫兹辐射频率。

所述步骤1)中抽真空后保证真空度低于1pa，所述惰性气体为氙气，氙气的气压保持在1～3个大气压。

所述步骤2)中电极施加的电压为2000V～20000V，所述步骤3)中空心飞秒激光束的功率密度大于10¹⁴～10¹⁵W/cm²。

所述步骤3)中空心激光发生器包括依次连接的凸透镜、发散圆锥棱镜和聚焦圆锥棱镜，通过调节凸透镜距发散圆锥棱镜和聚焦圆锥棱镜的距离，实现调节空心飞秒激光束的半径。

与现有技术相比，本发明装置采用空心激光发生器产生空心飞秒激光束，利用储能腔与激光通道连通构成密闭腔体，储能腔作为反应腔，储能腔内设置电极，电极沿空心飞秒激光束轴线方向对称，电极连接直流电源或脉冲驱动源，工作时利用直流电源或脉冲驱动源向电极施加电压，在储能腔中存储电磁能，利用密封三通作为抽真空、充惰性气体的通道，空心飞秒激光束从激光通道射入，在储能腔中空心飞秒激光与惰性气体隧道电离形成空心等离子体，并将存储的电磁能量转换成太赫兹辐射；通过空心激光发生器调节空心飞秒激光束的半径，调节太赫兹辐射频率。本发明装置利用空心激光与惰性气体隧道电离形成空心等离子体，空心等离子体约束和转换电磁能的能力强，将约束储存在空心等离子体中的电磁能量转换成太赫兹波，通过调节空心激光的半径调节空心等离子体的半径和密度不同，实现了对太赫兹波频率的调节。

进一步，空心激光发生器包括依次连接的凸透镜和聚焦圆锥棱镜，通过控制凸透镜与圆锥棱镜的不同距离，调节空心飞秒激光束内径的变化，只改变了等离子体环的厚度和密度，而不改变等离子体内半径，因此实现了控制了太赫兹波THz的频率问题。进一步，利用顶角和折射率均与聚焦圆锥棱镜相同的发散圆锥棱镜，能够得到内经稳定的空心飞秒激光束，提高了本发明的可靠性。

进一步，在空心飞秒激光束入射和出射侧设置石英窗口，石英窗口密封设置，利用石英窗口的通透性，实现气体密封并且不遮挡通路。

本发明的方法对储能腔和激光通道抽真空后注入惰性气体并密封，通过在电极上施加电压在储能腔中存储电磁能量，通过空心激光发生器将实心飞秒激光束转换成空心飞秒激光束，空心飞秒激光束从激光通道射入，在储能腔中空心飞秒激光与惰性气体隧道电离形成空心等离子体，并将存储的电磁能量转换成太赫兹辐射；通过空心激光发生器调节空心飞秒激光束的半径，调节太赫兹辐射频率，本发明利用空心激光与惰性气体隧道电离形成空心等离子体，空心等离子体约束和转换电磁能的能力强，将约束储存在空心等离子体中的电磁能量转换成太赫兹波，通过调节空心激光的半径调节空心等离子体的半径和密度不同，实现了对太赫兹波频率的调节。

进一步，本发明方法中通过调节凸透镜距发散圆锥棱镜和聚焦圆锥棱镜的距离，实现调节空心飞秒激光束的半径，从而实现了对太赫兹波频率的调节，操作简单可靠。

附图说明

图1为本发明的太赫兹辐射产生装置的剖视图，其中1-空心飞秒激光束、2-右石英窗口、3-左石英窗口、4-电极、5-激光通道、6-密封三通、7-储能腔、8-基体；

图2为本发明的空心激光发生器的结构示意图，其中9-凸透镜、10-发散圆锥棱镜、11-聚焦圆锥棱镜；

图3为均匀等离子体和非均匀等离子体下电场随时间和频谱变化图，其中a曲线为非均匀等离子体曲线，b曲线为均匀等离子体曲线，c为空心等离子体中的相对等离子体曲线；

图4a为不同等离子体密度下空心等离子体中的频谱，其中d曲线表示n₀＝5x10¹⁵cm^-3的曲线，e曲线表示n₀＝5x10¹⁶cm^-3的曲线，f曲线表示密度增加曲线，g曲线为非均匀等离子体曲线；图4b为输出功率和能量比随时间的曲线，其中h曲线为输出功率曲线，i曲线为能量比曲线，j曲线为密度提高后的输出功率曲线；

图5输出端的空心等离子体内瞬态空间电场分布图；

图6a为长度为0.8mm的输出端空心等离子体的频谱图，其中k曲线为输入端曲线，l曲线为输出端曲线，m曲线为非均匀等离子体曲线；图6b为电场和输出功率随时间的曲线，其中n曲线为电场分布曲线，o曲线为输出功率曲线；

图7为同空心等离子体内半径与产生太赫兹频率的关系曲线，*基波，o二次谐波。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和说明书附图对本发明作进一步的解释说明。

参见图1，本发明装置包括空心激光发生器和太赫兹辐射产生装置，太赫兹辐射产生装置包括基体8，基体8内储能腔7，储能腔7两端的基体8上开设有贯穿基体8的激光通道5，储能腔7与激光通道5连通并构成密闭腔体，激光通道5为圆柱形通道，储能腔7为球形空腔。空心激光发生器产生的空心飞秒激光束1能够从左激光通道射入，经过储能腔7后从右激光通道射出，左激光通道的入端密闭设置有的左石英窗口3，右激光通道的出端密闭设置有的右石英窗口2，储能腔7内设置有沿空心飞秒激光束1轴线方向对称的电极4，电极4连接有直流电源或脉冲驱动源，基体8上设置有密封三通6，密封三通6与储能腔7连通。

参见图2，空心激光发生器包括依次连接的凸透镜9、发散圆锥棱镜10和聚焦圆锥棱镜11，发散圆锥棱镜10和聚焦圆锥棱镜11的顶角和折射率均相同。

本发明方法包括以下步骤：

1)将密封三通6与真空泵连接对储能腔7和激光通道5抽真空，保证真空度低于1pa，抽真空后通过密封三通6注入惰性气体并密封，惰性气体为氙气，氙气的气压保持在1～3个大气压；

2)对电极4施加2000V～20000V电压，在储能腔7中存储电磁能量；

3)实心飞秒激光束通过空心激光发生器转换为空心飞秒激光束，空心飞秒激光束的功率密度大于10¹⁴～10¹⁵W/cm²；

4)空心飞秒激光束从激光通道5射入，在储能腔7中空心飞秒激光与惰性气体隧道电离形成空心等离子体，并将存储的电磁能量转换成太赫兹辐射；空心激光发生器包括依次连接的凸透镜9、发散圆锥棱镜10和聚焦圆锥棱镜11，通过调节凸透镜9距发散圆锥棱镜10和聚焦圆锥棱镜11的距离，调节空心飞秒激光束的半径，实现调节太赫兹辐射频率。

针对本发明开展三维Particle-in-cell代码模拟，微波腔中央预先约束RF电磁能，瞬间加载高密度等离子体环，后产生THz的原理和方法，基于实际的激光技术，空心激光产生的等离子体密度是径向是非均匀的：环中央有更高密度，边缘有更低密度。为简化过程，模拟了三种不同密度的等离子体：初始中央密度n₀＝1x10¹⁶cm^-3和径向范围从0.1到0.3mm，内外密度n₀/5，径向范围分别是从0.05到0.1mm，和从0.3到0.4mm。

均匀密度的等离子体初始密度n₀＝5x10¹⁵cm^-3和范围从0.1到0.3mm。此外，研究了RF电场带来的碰撞电离对密度增加的影响，初始密度为n₀＝5x10¹³cm^-3。参见图3，a曲线为非均匀等离子体曲线，b曲线为均匀等离子体曲线，c为空心等离子体中的相对等离子体曲线，均匀等离子体和非均匀等离子体下电场随时间和频谱变化规律相似，参见图3和图4a，d曲线表示n₀＝5x10¹⁵cm^-3的曲线，e曲线表示n₀＝5x10¹⁶cm^-3的曲线，f曲线表示密度增加曲线，g曲线为非均匀等离子体曲线，密度包络周要影响有效半径，其位于空心等离子体的内外半径之间。对于等离子体密度n₀＝5x10¹⁶cm^-3，观察到的二次谐波如图4a中e曲线。参见图3和图4b，电子密度在8ps时间内提高了3个量级，并且电场和输出功率在电子密度提高过程中要比电子密度震荡更快。因此，空心等离子体在皮秒时间内形成并能实现THz产生。图4a和4b中，d曲线表示n₀＝5x10¹⁵cm^-3的曲线，e曲线表示n₀＝5x10¹⁶cm^-3的曲线，f曲线表示密度增加曲线，g曲线为非均匀等离子体曲线，h曲线为输出功率曲线，i曲线为能量比曲线，即空心等离子体内被约束的能量和总能量之比，j曲线为密度提高后的输出功率曲线，输出功率为8kW。

因为激光接近光速传播，激光需要3ps的时间以通过一个1mm长的腔体。在该过程中，产生的空心等离子体仍然式开放状态而非闭合。末端开路即输出端的等离子体管的瞬态电场如图5所示，不同管长的THz频谱与闭合空心等离子体如图6a所示，其中k曲线代表闭合管和长0.8mm末端开路管的重叠谱线。

因为激光可以较早到达输入端，而输出功率在出口处更早。对于末端开放的等离子体管，输出端的THz场与RF场叠加，如图6a中l曲线所示，而对应谱线中包括两个峰，一个以THz为主、一个以X波段为主。当末端开放的管长变短，在输出端的延迟时间增加而输出功率的幅度减小。在管端与空间的不连续性导致反射，使得前向功率减小。事实上，THz波和激光接近光速传播，因此，THz波在等离子体向前延展过程中基本上都在空心等离子体内被约束，并且反射会小些。参见图6a，左侧输入端k曲线和右输出端蓝色曲线i，表示均匀等离子体n₀＝5x10¹⁵cm^-3，r_b半径从0.1到0.3mm；m曲线表示非均匀等离子体包络，图6b为电场和输出功率随时间的曲线，n曲线为电场分布曲线，o曲线为输出功率曲线。

产生太赫兹的频率决定于空心等离子体的半径，空心等离子体的半径决定于入射空心激光的半径，通过调节空心激光的半径可实现THz频率的调节，如图7所示。空心激光束的半径a在0.1mm时，THz辐射频率在1THz。原理上讲，该方法能够产生任意高频电磁场，激励的频率反比于空心等离子体的内半径。随着等离子体环的半径更小，有望产生更高频的信号。

产生太赫兹的频率可受空心等离子体密度的调节。不同等离子体密度，使得等离子体有不同的等效半径，太赫兹的频率有变化。不失一般性，等离子体电导率为σ＝ε₀ν_mω_p ²/(ω²+ν_m ²)，其中碰撞频率ν_m，等离子体频率ω_p＝(n_ee²/ε₀m)^1/2。趋肤深度定义为δ＝(2/(σωμ))^1/2。对于等离子体密度n_e～5x10¹⁶cm^-3，ω＝2πx11.4x10⁹/s，在1个大气压下ν_m～5x10¹¹/s，电导率σ＝5.5x10³Ωm，趋肤深度为δ＝80um。等离子体等效半径为a+δ。故而不同等离子体密度，产生太赫兹频率不同。

产生的太赫兹能量取决于被空心等离子体约束的电或电磁储能，随着被约束的电能提高，太赫兹辐射能量W_T提高。预先施加的电磁能W可以来源于脉冲电源或者来源于微波腔中的储能。太赫兹能量W_T～Wπr²L/V，其中V为电磁能存在的体积，πr²L为空心等离子体包围的体积，r为空心等离子体半径、L为等离子体长度。通过改变背景储能W和空心等离子体半径实现功率可调、频率可调的太赫兹辐射。

本发明装置通过一对具有相同顶角的发散和聚焦的圆锥棱镜(Axicon)并联合一个凸透镜，将注入高斯分布的实心飞秒激光转换成空心环形激光，通过控制透镜和圆锥棱镜的不同距离，调节空心激光内径的变化，如图2所示。这样前后移动光学组件并改变与作用腔之间的距离时，只改变了等离子体环的厚度和密度，而不改变等离子体内半径，因此就控制了THz的频率问题。通过前后移动凸透镜，可调节和控制空心激光的内半径，以调控THz的频率。

当激光功率密度大于10¹⁴～10¹⁵W/cm²时，发生隧道电离，电子数密度不是指数上涨，而是类阶越函数，在几个激光周期内，强激光电场就能确定性地把全部原子的外层电子拉出来。隧道电离率决定于激光场强、原子种类和原子数密度，随着原子序数增加、原子核对外层电子的束缚作用减弱、隧道电离阈值降低，例如惰性气体原子Xe在功率密度10¹⁴W/cm²可很好地实现隧道电离，比Ar原子的隧道电离数高一个量级。此外，原子密度越大、电子数密度就越高，提高背景气压有利于提高等离子体密度。

如图1所示，在激光入射和出射侧施加石英窗实现气体密封并且不遮挡通路，空心飞秒激光沿着激光通道5传输，脉冲驱动源和电源的电极4。储能腔7通过密封三通6实现抽真空、注入惰性气体和气压检测的功能。隧道电离形成等离子体靠近电源电极4表面的高能量密度区域，实现空心等离子体内约束背景电磁能。通过透明导电薄膜ITO透射激光、反射太赫兹波到垂直方向，由葛来盒(Golay Cell)和锁相放大器联合测量THz信号、并排除散射激光和背景杂散能量的干扰。为降低实验难度，初步实验中采用直流电源而未采用脉冲功率源，在直流电压下氙气的击穿电场阈值低、这限制了产生THz的功率。

实验中发现，随着激光功率增加，产生THz的功率指数提高，表明THz能量并非来源于激光能量，激光功率密度提高使得隧道电离的等离子体密度显著增加，提高了空心等离子体约束和转换电磁能的能力。通过THz滤波片可以判定产生信号的频率位于太赫兹限于气体击穿，葛来盒和锁相放大器联合测量太赫兹信号的平均功率约0.1mW。

Claims (10)

1.空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置，其特征在于，包括空心激光发生器和太赫兹辐射产生装置，太赫兹辐射产生装置包括基体(8)，基体(8)内有储能腔(7)，储能腔(7)两端的基体(8)上开设有贯穿基体(8)的激光通道(5)，储能腔(7)与激光通道(5)连通并构成密闭腔体，所述空心激光发生器产生的空心飞秒激光束(1)能够从左激光通道射入，经过储能腔(7)后从右激光通道射出，所述储能腔(7)内设置有沿空心飞秒激光束(1)轴线方向对称的电极(4)，电极(4)连接有直流电源或脉冲驱动源，所述基体(8)上设置有密封三通(6)，密封三通(6)与储能腔(7)连通。

2.根据权利要求1所述的空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置，其特征在于，所述空心激光发生器包括依次连接的凸透镜(9)和聚焦圆锥棱镜(11)。

3.根据权利要求2所述的空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置，其特征在于，所述凸透镜(9)和聚焦圆锥棱镜(11)之间设置有发散圆锥棱镜(10)。

4.根据权利要求3所述的空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置，其特征在于，所述发散圆锥棱镜(10)和聚焦圆锥棱镜(11)的顶角和折射率均相同。

5.根据权利要求1所述的空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置，其特征在于，所述左激光通道的入端和右激光通道的出端均设置有密闭的石英窗口。

6.根据权利要求1所述的空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的装置，其特征在于，所述激光通道(5)为圆柱形通道，储能腔(7)为球形空腔。

7.使用权利要求1-6任一项所述装置的空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将密封三通(6)与真空泵连接对储能腔(7)和激光通道(5)抽真空，抽真空后通过密封三通(6)注入惰性气体并密封；

2)对电极(4)施加电压，在储能腔(7)中存储电磁能量；

3)实心飞秒激光束通过空心激光发生器转换为空心飞秒激光束；

4)空心飞秒激光束从激光通道(5)射入，在储能腔(7)中空心飞秒激光与惰性气体隧道电离形成空心等离子体，并将存储的电磁能量转换成太赫兹辐射；通过空心激光发生器调节空心飞秒激光束的半径，调节太赫兹辐射频率。

8.根据权利要求7所述的空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的方法，其特征在于，所述步骤1)中抽真空后保证真空度低于1pa，所述惰性气体为氙气或氩气，惰性气体的气压保持在1～3个大气压。

9.根据权利要求7所述的空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的方法，其特征在于，所述步骤2)中电极(4)施加的电压为2000V～20000V，所述步骤3)中空心飞秒激光束的功率密度大于10¹⁴～10¹⁵W/cm²。

10.根据权利要求7所述的空心激光等离子体产生可协调太赫兹辐射的方法，其特征在于，所述步骤3)中空心激光发生器包括依次连接的凸透镜(9)、发散圆锥棱镜(10)和聚焦圆锥棱镜(11)，通过调节凸透镜(9)距发散圆锥棱镜(10)和聚焦圆锥棱镜(11)的距离，实现调节空心飞秒激光束的半径。