CN111045272B - 一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法 - Google Patents

一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法，包括：长波长飞秒激光系统用于提供线偏振的超短脉冲传输至倍频单元；倍频单元用于将入射的部分超短脉冲倍频转换为二次谐波，并将超短脉冲及二次谐波传输至偏振调整单元；偏振调整单元用于将线偏振的超短脉冲及二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并传输至相位延迟单元；相位延迟单元用于调节圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波之间的相位差，以实现聚焦产生等离子体，并辐射出太赫兹波。本发明公开的装置结构简单，能准确有效地得到圆偏振双色场，进而提高产生太赫兹脉冲强度和效率。

Description

一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法
技术领域
本发明涉及太赫兹光学技术领域，尤其涉及一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法。
背景技术
太赫兹波频率波段位于0.1～10THz(单位：太赫兹)，具有低光子能量(单光子能量仅m eV量级)、高穿透性(对于非金属及非极性材料)、强吸收性(对于极性材料及生物大分子)等优点，能广泛应用于医学成像、安检、光学通讯等领域。为了将太赫兹波更好的应用于多种领域，强的太赫兹辐射源不可或缺。
太赫兹脉冲的产生方法包括基于光电导天线的光电导天线方法、基于非线性晶体的光整流效应和光学差频效应、基于空气电离的空气等离子体方法。但是，利用光电导天线和非线性晶体来产生太赫兹脉冲，产生的太赫兹波强度都会受到产生材料的损伤阈值的限制，因而难以产生强太赫兹辐射；而利用空气等离子体方法，无需考虑损伤阈值的限制，通过增大泵浦脉冲的强度，可以有效的产生强太赫兹辐射。
目前，双色场圆偏振泵浦方法是目前空气等离子体方法中最有效的强太赫兹脉冲产生方法，其转换效率是双色场线偏振泵浦方法的5倍以上。现有技术中，双色场圆偏振泵浦方法主要是利用马赫—曾德尔光纤干涉仪结构实现800nm双色场的分束和合束，这使得双色场相对相位非常容易受周围环境温度、振动等因素的影响。为降低这种影响，又引进了另一束连续激光并采用压电换能器进行反馈控制。这种反馈设计一定程度上可以改善系统的稳定性，但结构变得较为复杂，而且在低脉冲重复率或单次工作场合，改进的效果会变差。另外，800nm光场与它的谐波场具有较为明显的色散，这不利于对双色场进行精确的圆偏振控制，导致产生太赫兹脉冲的强度及效率较低。
发明内容
本发明提供了一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法，可以解决现有技术中系统结构变得较为复杂及由于色散导致圆偏振控制不精确的技术问题。
本发明第一方面提供一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置，包括：长波长飞秒激光系统、倍频单元、偏振调整单元及相位延迟单元；
所述长波长飞秒激光系统用于提供线偏振的超短脉冲，并将所述超短脉冲传输至所述倍频单元；
所述倍频单元用于将入射的一部分所述超短脉冲进行倍频转换，得到线偏振的二次谐波，并将所述二次谐波及剩余的另一部分所述超短脉冲传输至所述偏振调整单元；
所述偏振调整单元用于将入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述相位延迟单元；
所述相位延迟单元用于调节入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波之间的相位差，使得出射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体。
可选的，所述长波长飞秒激光系统为波长大于1500nm激光系统，所述超短脉冲的波长大于1500nm。
可选的，所述装置还包括：聚焦单元；
所述聚焦单元用于对所述长波长飞秒激光系统发射的所述超短脉冲进行聚焦，并将聚焦后的所述超短脉冲传输至所述倍频单元。
可选的，所述倍频单元对入射的部分所述超短脉冲进行两倍频率处理。
可选的，所述偏振调整单元包括：基波宽带半波片、二次谐波宽带1/4波片及基波宽带1/4波片；
所述基波宽带半波片用于接收入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波，且将所述超短脉冲的线偏振方向调整45°，使得所述超短脉冲与所述二次谐波的线偏振方向成45°，并传输至所述二次谐波宽带1/4波片；
所述二次谐波宽带1/4波片用于接收入射的所述超短脉冲及所述二次谐波，并将所述二次谐波进行圆偏振处理，且保持所述超短脉冲的偏振方向，并将处理后的圆偏振二次谐波及所述超短脉冲传输至所述基波宽带1/4波片；
所述基波带宽1/4波片用于将线偏振的所述超短脉冲进行圆偏振处理，及将所述圆偏振二次谐波的旋转方向反向，以将得到的圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述相位延迟单元。
可选的，所述相位延迟单元包含第一楔片及第二楔片，所述第一楔片与所述第二楔片的制作材料与楔角均相同，并相对平行放置；
所述第一楔片用于接收入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述第二楔片；
所述第二楔片用于配合所述第一楔片将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波进行相位调整，并发出可聚焦的圆偏振双色场泵浦光，使得所述圆偏振双色场泵浦光聚焦产生等离子体，并辐射出所述太赫兹波。
本发明的第二方面提供一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的方法，所述方法包括以下步骤：
控制长波长飞秒激光系统输出线偏振的超短脉冲，并将所述超短脉冲传输至倍频单元；
控制所述倍频单元将入射的一部分所述超短脉冲进行倍频转换，得到线偏振的二次谐波，并将所述二次谐波及剩余的另一部分所述超短脉冲传输至偏振调整单元；
控制所述偏振调整单元将入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至相位延迟单元；
控制所述相位延迟单元调节入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波之间的相位差，使得透射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体。
可选的，所述控制长波长飞秒激光系统输出线偏振的超短脉冲，并将所述超短脉冲传输至倍频单元的步骤包括：
控制长波长飞秒激光系统输出线偏振的超短脉冲，将所述超短脉冲传输至聚焦单元，控制所述聚焦单元对所述超短脉冲进行聚焦，并将聚焦后的所述超短脉冲传输至所述倍频单元。
可选的，所述控制所述偏振调整单元将入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至相位延迟单元的步骤包括：
所述偏振调整单元包括：基波宽带半波片、二次谐波宽带1/4波片及基波宽带1/4波片；
控制所述基波宽带半波片接收入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波，将所述超短脉冲的线偏振方向调整45°，使得所述超短脉冲与所述二次谐波的线偏振方向成45°，并传输至所述二次谐波宽带1/4波片；
控制所述二次谐波宽带1/4波片接收入射的所述超短脉冲及所述二次谐波，并将所述二次谐波进行圆偏振处理，且保持所述超短脉冲的偏振方向，并将处理后的圆偏振二次谐波及所述超短脉冲传输至所述基波宽带1/4波片；
控制所述基波带宽1/4波片将线偏振的所述超短脉冲进行圆偏振处理，及将所述圆偏振二次谐波的旋转方向反向，以将得到的圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述相位延迟单元。
可选的，所述控制所述相位延迟单元调节入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波之间的相位差，使得透射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体的步骤包括：
所述相位延迟单元包含制作材料与楔角均相同的、相对平行放置的第一楔片及第二楔片；
控制所述第一楔片用于接收入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述第二楔片；
所述第二楔片用于配合所述第一楔片将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波进行相位调整，并透射可聚焦的圆偏振双色场泵浦光，使得所述圆偏振双色场泵浦光聚焦产生等离子体，并辐射出所述太赫兹波。
本发明提供的一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法，至少包括：长波长飞秒激光系统、倍频单元、偏振调整单元及相位延迟单元；所述长波长飞秒激光系统用于提供线偏振的超短脉冲，并将所述超短脉冲传输至所述倍频单元；所述倍频单元用于将入射的一部分所述超短脉冲进行倍频转换，得到线偏振的二次谐波，并将所述二次谐波及剩余的另一部分所述超短脉冲传输至所述偏振调整单元；所述偏振调整单元用于将入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述相位延迟单元；所述相位延迟单元用于调节入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波之间的相位差，使得透射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体。该装置通过相对设置长波长飞秒激光系统、倍频单元、偏振调整单元及相位延迟单元，以及元器件之间的配合可降低系统结构的复杂性，且通过特定波长的脉冲降低色散对圆偏振控制的影响，提高了圆偏振控制的精确度，且各元器件之间的传输光路的共线可提高了产生太赫兹脉冲强度及相位的稳定性，进而提高了产生太赫兹脉冲的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置方框图；
图2为本发明提供的共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置结构图；
图3为本发明提供的一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的方法步骤流程图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由于现有技术中系统结构变得较为复杂及由于色散导致圆偏振控制不精确的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置，请参阅图1及图2，图1为本发明提供的一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置方框图，图2为本发明提供的共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置结构图；
该装置包括：长波长飞秒激光系统101、倍频单元103、偏振调整单元104及相位延迟单元105；
长波长飞秒激光系统101用于提供线偏振的超短脉冲，并将超短脉冲传输至倍频单元103；
倍频单元103用于将入射的一部分超短脉冲进行倍频转换，得到线偏振的二次谐波，并将二次谐波及剩余的另一部分超短脉冲传输至偏振调整单元104；
偏振调整单元104用于将入射的线偏振的超短脉冲及二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波传输至相位延迟单元105；
相位延迟单元105用于调节入射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波之间的相位差，使得出射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体。
在本发明的实施例中，主要保护一种共线圆偏振长波双色场产生的装置及其对应的内部结构，该装置主要用于泵浦气体介质产生太赫兹波(太赫兹场)；该装置内部结构包含一些镜片类型的单元，比如，聚焦单元102、倍频单元103、偏振调整单元104及相位延迟单元105，及至少包含一个用于提供激光光源的激光系统，优选的，本发明实施例选用长波长飞秒激光系统101，具体的，该装置的内部结构排布如下，将聚焦单元102的一面与长波长飞秒激光系统101相对设置，将偏振调整单元104与聚焦单元102的另一面相对设置，及将相位延迟单元105与偏振调整单元104相对设置，使得内部结构中的系统传输光路处于共线状态(即处于同一传输光路状态)，将长波长飞秒激光系统101输出线偏振的超短脉冲(超短脉冲为基波)传输至聚焦单元102进行聚焦处理，使得超短脉冲经过聚焦可实现传送至倍频单元103，倍频单元103主要用于将部分的超短脉冲进行2倍频率转换，得到线偏振的二次谐波，并将线偏振的超短脉冲及二次谐波同时传输至偏振调整单元104，该偏振调整单元104主要是用于分别对线偏振的超短脉冲及二次谐波进行圆偏振处理，以得到圆偏振的超短脉冲及圆偏振的二次谐波，并将圆偏振的超短脉冲及圆偏振的二次谐波传输至相位延迟单元105，该相位延迟单元105主要用于对圆偏振的超短脉冲及二次谐波之间的相位差，得到圆偏振双色场泵浦光自相位延迟单元105输出，该源偏振双色场泵浦光将会聚焦产生等离子体，该等离子体是指由正负离子构成的气体状物质，由超短脉冲聚焦击穿空气，从而电离出大量正负离子，得到的等离子体，该等离子体可辐射出太赫兹波。
本发明提供的一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置，通过在该装置的内部结构中设置聚焦单元102、倍频单元103、偏振调整单元104及相位延迟单元105，使得产生太赫兹波的装置具有简单化的结构，且通过内部结构的传输光路的共线实现提高双色场相对相位的稳定性，进而增强产生太赫兹脉冲强度及相位稳定性，且双折射晶体超短脉冲(基波)及二次谐波的色散小，有利于双色场进行精确的圆偏振控制。
进一步的，长波长飞秒激光系统101为波长大于1500nm的激光系统，超短脉冲的波长大于1500nm。在本发明的实施中，该装置中的激光系统选用长波场飞秒激光系统，该系统为1500nm光参量的放大激光系统，其输出的超短脉冲的波长为1500nm，具有较高的太赫兹波的转化效率；应当注意的是，本发明的激光系统的长波长是＞1500nm的，且波长越长，在转化为太赫兹波时的转换效率越高。
进一步的，装置还包括：聚焦单元102；
聚焦单元102用于对长波长飞秒激光系统101发射的超短脉冲进行聚焦，并将聚焦后的超短脉冲传输至倍频单元103。
在本发明的实施例中，该装置的长波长飞秒激光系统101输出超短脉冲(基波)后，超短脉冲(基波)的传输光路比较分散，为了确保或竟可能地使得超短脉冲实现共线，需将超短脉冲传输至聚焦单元102，通过该聚焦单元102将超短脉冲进行聚焦处理，使得超短脉冲能根据预设的光路传输路径传输至倍频单元103。
进一步的，倍频单元103对入射的部分超短脉冲进行两倍频率处理。
在本发明的实施例中，该倍频单元103为I类倍频晶体，可选用0.2mm厚的I类β-BBO晶体，其光轴与基波呈0°或90°，用于产生二次谐波，产生的二次谐波偏振方向与基波呈90°，该倍频晶体是指能实现倍频效应的非线性晶体，可对入射超短脉冲实现频率转换，能产生入射超短脉冲两倍频率的新脉冲；该I类是指I类相位匹配，该晶体实现I类相位匹配的倍频效应要求入射的基波为偏振方向相同，产生的二次谐波的偏振方向垂直于超短脉冲的偏振方向；具体的，倍频单元103在接收到入射的超短脉冲后，将其中一部分的超短脉冲进行2倍频率转换处理，得到波长为780nm的二次谐波，该二次谐波与超短脉冲为共同形成双色场必要条件，与超短脉冲共同传输至偏振调整单元104。
进一步的，偏振调整单元104包括：基波宽带半波片1041、二次谐波宽带1/4波片1042及基波宽带1/4波片1043；
基波宽带半波片1041用于接收入射的线偏振的超短脉冲及二次谐波，且将超短脉冲的线偏振方向调整45°，使得超短脉冲与二次谐波的线偏振方向成45°，并传输至二次谐波宽带1/4波片1042；在本发明的实施中，该基波宽带半波片1041，可选用1560nm宽带零级半波片，对于780nm的二次谐波等价于全波片，其快轴或慢轴方向与超短脉冲(基波)偏振方向呈22.5°夹角，从而将超短脉冲的线偏振方向转动45°，且保持二次谐波的偏振方向不变，从而使得基波和二次谐波的线偏振方向成45°，并将超短脉冲及二次谐波传输至二次谐波宽带1/4波片1042。
二次谐波宽带1/4波片1042用于接收入射的超短脉冲及二次谐波，并将二次谐波进行圆偏振处理，且保持超短脉冲的偏振方向，并将处理后的圆偏振二次谐波及超短脉冲传输至基波宽带1/4波片1043；在本实施例中，该二次谐波宽带1/4波片1042，可选用780nm宽带零级1/4波片，其快轴或慢轴方向与二次谐波偏振方向显45°夹角，与超短脉冲偏振方向显0°或90°夹角，从而将线偏振的二次谐波变为圆偏振，而不改变线偏振的超短脉冲的偏振方向，并将处理后的圆偏振二次谐波及超短脉冲传输至基波宽带1/4波片1043。
基波带宽1/4波片用于将线偏振的超短脉冲进行圆偏振处理，及将圆偏振二次谐波的旋转方向反向，以将得到的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波传输至相位延迟单元105；在本实施中，基波宽带1/4波片1043，可选用1560nm宽带零级1/4波片，对于780nm的二次谐波等价于半波片，其快轴或慢轴方向与超短脉冲的偏振方向显45°夹角，从而将线偏振的超短脉冲变为圆偏振，而圆偏振二次谐波的旋转方向反向，从而得到共线的圆偏振双色场泵浦光，并将圆偏振双色场泵浦光传输至相位延迟单元105。
进一步的，相位延迟单元105包含第一楔片1051及第二楔片1052，第一楔片1051与第二楔片1052的制作材料与楔角相同，第一楔片1051与第二楔片1052相对平行放置；
第一楔片1051用于接收入射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波传输至第二楔片1052；
第二楔片1052用于配合第一楔片1051将圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波进行相位调整，并透射可聚焦的圆偏振双色场泵浦光，使得圆偏振双色场泵浦光聚焦产生等离子体，并辐射出太赫兹波。
在本发明的实施中，该相位延迟单元105包括相位延迟单元105包括两块光学玻璃制成楔片，即上述的第一楔片1051及第二楔片1052，第一楔片1051及第二楔片1052可选用石英玻璃制备的楔片；第一楔片1051及第二楔片1052的大小不同，通过调节第一楔片1051及第二楔片1052之间的距离能够控制超短脉冲和二次谐波之间的相位差，即调整共线的圆偏振双色场泵浦光的相位差，使得共线的圆偏振双色场泵浦光可实现聚焦后产生等离子体，并辐射出太赫兹波。
本发明的第二方面提供一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的方法，请参阅图3，图3为本发明提供的一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的方法步骤流程图，该方法包括以下步骤：
S201：控制长波长飞秒激光系统101输出线偏振的超短脉冲，并将超短脉冲传输至倍频单元103；
S202：控制倍频单元103将入射的一部分超短脉冲进行倍频转换，得到线偏振的二次谐波，并将二次谐波及剩余的另一部分超短脉冲传输至偏振调整单元104；
S203：控制偏振调整单元104将入射的线偏振的超短脉冲及二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波传输至相位延迟单元105；
S204：控制相位延迟单元105调节入射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波之间的相位差，使得出射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体。
在本发明的实施例中，该共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的方法主要是通过控制长波长飞秒激光系统101输出线偏振的超短脉冲，该长波长飞秒激光系统101为1560nm光参量放大激光系统，其输出波长为1560nm的飞秒激光，则与之相应的超短脉冲为1560nm，并将1560nm的超短脉冲传输至倍频单元103；控制倍频单元103将入射的一部分线偏振的超短脉冲进行2倍频率的转换，得到线偏振的二次谐波，该二次谐波的波长为780nm，二次谐波偏振方向与超短脉冲的偏振方向相差90°，并将二次谐波及剩余的另一部分超短脉冲传输至偏振调整单元104；及控制偏振调整单元104将入射的线偏振的超短脉冲及二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，及将圆偏振二次谐波的旋转方向反向，从而得到共线的圆偏振双色场泵浦光，并将共线的圆偏振双色场泵浦光传输至相位延迟单元105；并控制相位延迟单元105调节入射的共线圆偏振双色场泵浦光的相位差，即调节圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波之间的相位差，使得透射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波聚焦产生等离子体，该等离子体是指由正负离子构成的气体状物质，由超短脉冲聚焦击穿空气，从而电离出大量正负离子，得到的等离子体，该等离子体可辐射出太赫兹波。本发明通过选用波长为1560nm的长波长飞秒激光系统101，其输出的超短脉冲可有效降低色散对圆偏振控制的影响，提高了对双色场进行圆偏振控制的精确度，且控制聚焦单元102、倍频单元103、偏振调整单元104及相位延迟单元105之间的传输光路的共线，以提高了产生太赫兹脉冲强度及相位的稳定性。
进一步的，步骤S201：控制长波长飞秒激光系统101输出线偏振的超短脉冲，并将超短脉冲传输至倍频单元103的步骤包括：
控制长波长飞秒激光系统101输出线偏振的超短脉冲，将超短脉冲传输至聚焦单元102，控制聚焦单元102对超短脉冲进行聚焦，并将聚焦后的超短脉冲传输至倍频单元103。
进一步的，步骤S203：控制偏振调整单元104将入射的线偏振的超短脉冲及二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波传输至相位延迟单元105的步骤包括：
偏振调整单元104包括：基波宽带半波片1041、二次谐波宽带1/4波片1042及基波宽带1/4波片1043；
控制基波宽带半波片1041接收入射的线偏振的超短脉冲及二次谐波，将超短脉冲的线偏振方向调整45°，使得超短脉冲与二次谐波的线偏振方向成45°，并传输至二次谐波宽带1/4波片1042；
在本发明的实施中，该基波宽带半波片1041，可选用1560nm宽带零级半波片，对于780nm的二次谐波等价于全波片，其快轴或慢轴方向与超短脉冲(基波)偏振方向呈22.5°夹角；在该步骤中，控制该基波宽带半波片1041将超短脉冲的线偏振方向转动45°，且保持二次谐波的偏振方向不变，从而使得基波和二次谐波的线偏振方向成45°，并将超短脉冲及二次谐波传输至二次谐波宽带1/4波片1042。
控制二次谐波宽带1/4波片1042接收入射的超短脉冲及二次谐波，并将二次谐波进行圆偏振处理，且保持超短脉冲的偏振方向，并将处理后的圆偏振二次谐波及超短脉冲传输至基波宽带1/4波片1043；
在本发明的实施例中，该二次谐波宽带1/4波片1042，可选用780nm宽带零级1/4波片，其快轴或慢轴方向与二次谐波偏振方向显45°夹角，与超短脉冲偏振方向显0°或90°夹角；在本步骤中，控制二次谐波宽带1/4波片1042将线偏振的二次谐波变为圆偏振，而不改变线偏振的超短脉冲的偏振方向，并将处理后的圆偏振二次谐波及超短脉冲传输至基波宽带1/4波片1043。
控制基波带宽1/4波片将线偏振的超短脉冲进行圆偏振处理，及将圆偏振二次谐波的旋转方向反向，以将得到的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波传输至相位延迟单元105；
在本发明的实施例中，该基波宽带1/4波片1043可选用1560nm宽带零级1/4波片，对于780nm的二次谐波等价于半波片，其快轴或慢轴方向与超短脉冲偏振方向显45°夹角；在本步骤中，控制基波宽带1/4波片1043将线偏振的超短脉冲的偏振方向变为圆偏振，而圆偏振二次谐波的旋转方向反向，从而得到共线的圆偏振双色场泵浦光，并将圆偏振双色场泵浦光传输至相位延迟单元105。
进一步的，步骤S204：控制相位延迟单元105调节入射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波之间的相位差，使得透射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体的步骤包括：
相位延迟单元105包含制作材料与楔角均相同的、相对平行放置的第一楔片1051及第二楔片1052；
控制第一楔片1051用于接收入射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波传输至第二楔片1052；
第二楔片1052用于配合第一楔片1051将圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波进行相位调整，并透射可聚焦的圆偏振双色场泵浦光，使得圆偏振双色场泵浦光聚焦产生等离子体，并辐射出太赫兹波。
在本发明的实施中，该相位延迟单元105包括相位延迟单元105包括两块光学玻璃制成楔片，即上述的第一楔片1051及第二楔片1052，第一楔片1051及第二楔片1052可选用石英玻璃制备的楔片；第一楔片1051及第二楔片1052的大小不同，通过调节第一楔片1051及第二楔片1052之间的距离能够控制超短脉冲和二次谐波之间的相位差，即调整共线的圆偏振双色场泵浦光的相位差，使得共线的圆偏振双色场泵浦光可实现聚焦后产生等离子体，并辐射出太赫兹波。
本发明提供的一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置及方法，至少包括：长波长飞秒激光系统、倍频单元、偏振调整单元及相位延迟单元；长波长飞秒激光系统用于提供线偏振的超短脉冲，并将超短脉冲传输至倍频单元；倍频单元用于将入射的一部分超短脉冲进行倍频转换，得到线偏振的二次谐波，并将二次谐波及剩余的另一部分超短脉冲传输至偏振调整单元；偏振调整单元用于将入射的线偏振的超短脉冲及二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波传输至相位延迟单元；相位延迟单元用于调节入射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波之间的相位差，使得透射的圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体。该装置通过相对设置长波长飞秒激光系统、倍频单元、偏振调整单元及相位延迟单元，以及元器件之间的配合可降低系统结构的复杂性，且通过特定波长的脉冲降低色散对圆偏振控制的影响，提高了圆偏振控制的精确度，且各元器件之间的传输光路的共线可提高了产生太赫兹脉冲强度及相位的稳定性，进而提高了产生太赫兹脉冲的效率。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所呈现的装置和方法，可以通过其它的方式实现，本发明的应用不限于上述的举例。对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置，其特征在于，所述装置包括：长波长飞秒激光系统、倍频单元、偏振调整单元及相位延迟单元；
所述长波长飞秒激光系统用于提供线偏振的超短脉冲，并将所述超短脉冲传输至所述倍频单元；
所述倍频单元用于将入射的一部分所述超短脉冲进行倍频转换，得到线偏振的二次谐波，并将所述二次谐波及剩余的另一部分所述超短脉冲传输至所述偏振调整单元；
所述偏振调整单元用于将入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述相位延迟单元；
所述相位延迟单元用于调节入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波之间的相位差，使得出射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体；
所述偏振调整单元包括：基波宽带半波片、二次谐波宽带1/4波片及基波宽带1/4波片；
所述基波宽带半波片用于接收入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波，且将所述超短脉冲的线偏振方向调整45°，使得所述超短脉冲与所述二次谐波的线偏振方向成45°，并传输至所述二次谐波宽带1/4波片；
所述二次谐波宽带1/4波片用于接收入射的所述超短脉冲及所述二次谐波，并将所述二次谐波进行圆偏振处理，且保持所述超短脉冲的偏振方向，并将处理后的圆偏振二次谐波及所述超短脉冲传输至所述基波宽带1/4波片；
所述基波宽带1/4波片用于将线偏振的所述超短脉冲进行圆偏振处理，及将所述圆偏振二次谐波的旋转方向反向，以将得到的圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述相位延迟单元；
所述长波长飞秒激光系统为波长大于1500nm的激光系统，所述超短脉冲的波长大于1500nm。
2.如权利要求1所述一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置，其特征在于，所述装置还包括：聚焦单元；
所述聚焦单元用于对所述长波长飞秒激光系统发射的所述超短脉冲进行聚焦，并将聚焦后的所述超短脉冲传输至所述倍频单元。
3.如权利要求1所述一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置，其特征在于，所述倍频单元将所述的入射超短脉冲部分转化为线偏振的二次谐波。
4.如权利要求1所述一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的装置，其特征在于，所述相位延迟单元包含第一楔片及第二楔片，所述第一楔片与所述第二楔片的制作材料与楔角均相同，并相对平行放置；
所述第二楔片用于配合所述第一楔片将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波进行相位调整，并透射可聚焦的圆偏振双色场泵浦光，使得所述圆偏振双色场泵浦光聚焦产生等离子体，并辐射出所述太赫兹波。
5.一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
控制长波长飞秒激光系统输出线偏振的超短脉冲，并将所述超短脉冲传输至倍频单元；
控制所述倍频单元将入射的一部分所述超短脉冲进行倍频转换，得到线偏振的二次谐波，并将所述二次谐波及剩余的另一部分所述超短脉冲传输至偏振调整单元；
控制所述偏振调整单元将入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至相位延迟单元；
控制所述相位延迟单元调节入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波之间的相位差，使得透射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体；
其中，所述控制所述偏振调整单元将入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波调整为圆偏振超短脉冲及圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至相位延迟单元的步骤包括：
所述偏振调整单元包括：基波宽带半波片、二次谐波宽带1/4波片及基波宽带1/4波片；
控制所述基波宽带半波片接收入射的线偏振的所述超短脉冲及所述二次谐波，将所述超短脉冲的线偏振方向调整45°，使得所述超短脉冲与所述二次谐波的线偏振方向成45°，并传输至所述二次谐波宽带1/4波片；
控制所述二次谐波宽带1/4波片接收入射的所述超短脉冲及所述二次谐波，并将所述二次谐波进行圆偏振处理，且保持所述超短脉冲的偏振方向，并将处理后的圆偏振二次谐波及所述超短脉冲传输至所述基波宽带1/4波片；
控制所述基波宽带1/4波片将线偏振的所述超短脉冲进行圆偏振处理，及将所述圆偏振二次谐波的旋转方向反向，以将得到的圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述相位延迟单元。
6.如权利要求5所述一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的方法，其特征在于，所述控制长波长飞秒激光系统输出线偏振的超短脉冲，并将所述超短脉冲传输至倍频单元的步骤包括：
控制长波长飞秒激光系统输出线偏振的超短脉冲，将所述超短脉冲传输至聚焦单元，控制所述聚焦单元对所述超短脉冲进行聚焦，并将聚焦后的所述超短脉冲传输至所述倍频单元。
7.如权利要求5所述一种共线圆偏振长波双色场产生太赫兹波的方法，其特征在于，所述控制所述相位延迟单元调节入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波之间的相位差，使得透射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波聚焦产生辐射出太赫兹波的等离子体的步骤包括：
所述相位延迟单元包含制作材料和楔角均相同的、相对平行放置的第一楔片及第二楔片；
控制所述第一楔片用于接收入射的所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波，并将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波传输至所述第二楔片；
所述第二楔片用于配合所述第一楔片将所述圆偏振超短脉冲及所述圆偏振二次谐波进行相位调整，并透射可聚焦的圆偏振双色场泵浦光，使得所述圆偏振双色场泵浦光聚焦产生等离子体，并辐射出所述太赫兹波。
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