CN115000785B - 基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置及方法，其中，所述装置包括：飞秒激光器、啁啾调控元件、分束镜、相位调制模块、光学延时装置、离轴抛面镜、电光晶体和太赫兹波信号探测模块。啁啾调控元件用于对飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲进行脉宽操控；分束镜用于接收并分束脉宽操控后的飞秒激光脉冲，得到第一飞秒激光分束和第二飞秒激光分束；相位调制模块用于接收第一飞秒激光分束并产生初始太赫兹波辐射；光学延时装置用于接收第二飞秒激光分束，并通过离轴抛面镜将第二飞秒激光分束和初始太赫兹波辐射进行合束并作用于电光晶体；太赫兹波信号探测模块用于得到太赫兹波信号。通过本发明加深了对太赫兹波辐射过程的理解。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置及方法。
背景技术
太赫兹波段是处于微波无线电波段和可见光波段范围内的一种电磁波，一般是指频率处在0.1THz～10THz(1THz＝1012Hz)，波长处在0.03～3mm之间的电磁波辐射。由于太赫兹波单光子能量较低、波长兼具较理想的透射性和准直性、具有丰富的物质指纹谱性质，因而太赫兹技术在无损检测、目标识别、物质诊断、人体安检等领域展现出了良好的应用前景。
相关技术可知，基于双色飞秒激光场聚焦电离气体产生太赫兹波辐射发生模型无法对太赫兹波产生过程进行说明。因此，寻找一种可以加深对太赫兹波辐射过程的理解的太赫兹辐射调控装置及方法成为当前研究的热点。
发明内容
本发明提供一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置及方法，可以加深对太赫兹波辐射过程的理解，进而可以实现对太赫兹波辐射特性进行调控。
本发明提供一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述装置包括：飞秒激光器、啁啾调控元件、分束镜、相位调制模块、光学延时装置、离轴抛面镜、电光晶体和太赫兹波信号探测模块，其中，所述飞秒激光器用于输出飞秒激光脉冲；所述啁啾调控元件用于接收所述飞秒激光器输出的所述飞秒激光脉冲，并对所述飞秒激光脉冲进行脉宽操控；所述分束镜用于接收所述啁啾调控元件脉宽操控后的飞秒激光脉冲，并对所述脉宽操控后的飞秒激光脉冲进行分束，得到第一飞秒激光分束和第二飞秒激光分束，其中，所述第一飞秒激光分束的能量高于所述第二飞秒激光分束的能量；所述相位调制模块用于接收所述分束镜输出的所述第一飞秒激光分束，并基于所述第一飞秒激光分束产生二倍频光束，以及基于所述二倍频光束在等离子体中产生初始太赫兹波辐射；所述光学延时装置用于接收所述分束镜输出的所述第二飞秒激光分束，并通过所述离轴抛面镜将所述光学延时装置输出的第二飞秒激光分束和所述相位调制模块输出的所述初始太赫兹波辐射进行空间合束并共线作用于所述电光晶体；所述太赫兹波信号探测模块用于接收所述电光晶体输出的合束后的所述第二飞秒激光分束和所述初始太赫兹波辐射，并对所述第二飞秒激光分束进行偏振分束，得到太赫兹波信号。
根据本发明提供的一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述啁啾调控元件包括光栅对，所述光栅对包括第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和所述第二光栅呈平行设置且两者之间的距离为第一预设距离，其中，所述光栅对用于接收所述飞秒激光器输出的所述飞秒激光脉冲，并对所述飞秒激光脉冲进行脉宽操控。
根据本发明提供的一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述啁啾调控元件还包括光隙对，所述光隙对包括第一光隙和第二光隙，所述第一光隙和所述第二光隙呈平行设置且两者之间的距离为第二预设距离，其中，所述光隙对用于接收所述光栅对输出的脉宽操控后的飞秒激光脉冲，并对所述脉宽操控后的飞秒激光脉冲进行再次脉宽操控。
根据本发明提供的一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述装置还包括第一光学反射镜，其中，所述分束镜基于所述第一光学反射镜接收所述啁啾调控元件脉宽操控后的飞秒激光脉冲。
根据本发明提供的一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述装置还包括第二光学反射镜，其中，所述相位调制模块基于所述第二光学反射镜接收所述分束镜输出的所述第一飞秒激光分束。
根据本发明提供的一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述相位调制模块包括透镜和倍频晶体，所述透镜和所述倍频晶体之间的距离为第三预设距离，其中，所述相位调制模块接收的所述第一飞秒激光分束依次通过所述透镜和所述倍频晶体，以实现基于所述第一飞秒激光分束产生二倍频光束，以及基于所述二倍频光束在等离子体中产生初始太赫兹波辐射。
根据本发明提供的一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述离轴抛面镜包括第一离轴抛面镜和第二离轴抛面镜，其中，所述相位调制模块输出的所述初始太赫兹波辐射通过所述第一离轴抛面镜反射转化为平行光形式的初始太赫兹波辐射，以及所述光学延时装置输出的第二飞秒激光分束通过所述第二离轴抛面镜与所述平行光形式的初始太赫兹波辐射进行空间合束并共线作用于所述电光晶体。
根据本发明提供的一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述太赫兹波信号探测模块包括玻片、偏振分束片和平衡探测器，其中，所述电光晶体输出的合束后的所述第二飞秒激光分束和所述初始太赫兹波辐射依次通过所述玻片和所述偏振分束片，实现对所述第二飞秒激光分束进行偏振分束，并基于所述平衡探测器得到太赫兹波信号。
本发明还提供一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法，所述方法应用于基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述方法包括：响应于接收到获取太赫兹波信号的请求，对啁啾调控元件中光栅对的第一光栅和第二光栅之间的第一预设距离，和/或啾调控元件中光隙对的第一光隙和第二光隙之间的第二预设距离进行调控，得到经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，其中，所述飞秒激光脉冲由飞秒激光器输出并输入至所述啁啾调控元件；基于所述经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，生成与所述经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲对应的太赫兹波信号。
本发明还提供一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述方法应用于基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述装置包括：处理模块，用于响应于接收到获取太赫兹波信号的请求，对啁啾调控元件中光栅对的第一光栅和第二光栅之间的第一预设距离，和/或啾调控元件中光隙对的第一光隙和第二光隙之间的第二预设距离进行调控，得到经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，其中，所述飞秒激光脉冲由飞秒激光器输出并输入至所述啁啾调控元件；生成模块，用于基于所述经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，生成与所述经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲对应的太赫兹波信号。
本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置及方法，通过啁啾调控元件对飞秒激光脉冲进行脉宽操控，实现了对于辐射的太赫兹波特性的调控，从而可以分析飞秒激光脉冲的脉宽与太赫兹波信号之间的关系，加深对太赫兹波辐射过程的理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置的结构示意图之一；
图2是本发明提供的啁啾调控元件的结构示意图；
图3是本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置的结构示意图之二；
图4是本发明提供的在两种不同脉宽下引入双色场相对相位情况下激光总能量和太赫兹辐射总强度的对比图；
图5是本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法的流程示意图；
图6是本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置的结构示意图；
图7是本发明提供的电子设备的结构示意图。
附图标记：
101：飞秒激光器； 102：啁啾调控元件；
103：第一光学反射镜； 104：分束镜；
105：第二光学反射镜； 10：相位调制模块；
106：透镜； 107：光学延时装置；
108：倍频晶体； 12：离轴抛面镜；
109：第二离轴抛面镜； 110：电光晶体；
111：玻片； 112：第一离轴抛面镜；
11：太赫兹波信号探测模块； 113：偏振分束片；
114：平衡探测器； 201：第一光栅；
202：第二光栅； 203：光隙对。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，可以实现一种全新的双色场相对相位调控方法，利用对飞秒激光脉宽操控实现相位的调制特性，进而改变太赫兹的辐射行为，从而可以分析飞秒激光脉冲的脉宽与太赫兹波信号之间的关系，在基于双色场相对相位调控的前提下，加深对太赫兹波辐射过程的理解。
在本发明中，通过调控激光脉宽，可以实现对双色场相对相位调控，进而可以实现对太赫兹波的调控。
为了进一步介绍本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，下面将结合图1进行说明。
图1是本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置的结构示意图之一。
在本发明一示例性实施例中，结合图1可知，基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置可以包括飞秒激光器101、啁啾调控元件102、分束镜104、相位调制模块10、光学延时装置107、离轴抛面镜12、电光晶体110和太赫兹波信号探测模块11，下面将分别介绍各模块。
在一种实施例中，飞秒激光器101可以用于输出飞秒激光脉冲。在一示例中，飞秒激光脉冲可以具备100fs的脉宽，重复频率可以为kHz量级，单脉冲能量可以大于2mJ。啁啾调控元件102可以用于接收飞秒激光器101输出的飞秒激光脉冲，并对飞秒激光脉冲进行脉宽操控。
图2是本发明提供的啁啾调控元件的结构示意图。
在又一种实施例中，结合图2可知，啾调控元件102可以包括光栅对。其中，光栅对可以包括第一光栅201和第二光栅202，第一光栅201和第二光栅202呈平行设置且两者之间的距离为第一预设距离。其中，光栅对用于接收飞秒激光器101输出的飞秒激光脉冲，并对飞秒激光脉冲进行脉宽操控。
在一种实施例中，飞秒激光器101输出的飞秒激光脉冲可以通过啁啾调控元件102进行脉宽操控。具体通过改第一光栅201和第二光栅202之间的相对距离得到第一预设距离进行实现，从而可以对飞秒激光脉冲内不同频率分量的光程进行操控，实现对输出飞秒激光脉冲的脉宽进行操控。需要说明的是，第一预设距离可以根据实际情况进行调整，即可以根据需要对飞秒激光脉冲脉宽的操控程度进行调整，在本实施例中，不对第一预设距离做具体限定。
在又一种实施例中，还可以使用棱镜组或者声光调制等方式对飞秒激光脉冲脉宽进行操控。
需要说明的是，通过更改第一光栅201和第二光栅202之间的相对距离对飞秒激光脉冲内不同频率分量的光程进行操控可以理解为是进行脉宽粗调。在一示例中，10fs以上的脉宽调制可以通过光栅对(包括第一光栅201和第二光栅202)等方式进行调节的，在光栅粗调后的脉冲还可以进一步基于光隙对进行1fs以内的细调。
继续结合图2进行说明，啁啾调控元件102还可以包括光隙对203，光隙对203可以包括第一光隙和第二光隙。第一光隙和第二光隙呈平行设置且两者之间的距离为第二预设距离。其中，光隙对203可以用于接收经过光栅对脉宽操控后的飞秒激光脉冲，并对脉宽操控后的飞秒激光脉冲进行再次脉宽操控。需要说明的是，图2中的箭头指向方向可以理解为是光路的走向。需要说明的是，第二预设距离可以根据实际情况进行调整，即可以根据需要对飞秒激光脉冲脉宽的操控程度进行调整，在本实施例中，不对第二预设距离做具体限定。
在一种实施例中，光隙对203可以利用飞秒激光中不同频率分量的光在色散介质中的折射率差异，用于对脉宽进行精细操控并可对群速度色散进行一定程度的补偿。通过使用光栅对和光隙对203的联合调制，实现了脉宽整体的从几十飞秒到几飞秒内的高精确度调控。
需要说明的是，通过改变第一光栅201和第二光栅202的相对距离，可以实现对飞秒激光脉宽的控制。假设激光为高斯脉冲光，其具备时间相关的电场强度Aβ(t)，可表示为公式(1)：
其中，Aβ为峰值电场强度，为脉冲的高斯包络参数，t为时间演化项，T为傅里叶变换极限下的脉宽，Tβ为实际的脉宽情况，/>为相位项，该项是时间的函数并与啁啾特性有关。下标β为啁啾系数，标定了整个脉冲的脉宽增加情况，β为衡量飞秒激光脉冲啁啾特性的物理量，其数值的大小代表了脉宽的时间大小，正负表明啁啾可以为正或可以为负：
对应的激光脉冲内的频率ωβ(t)可写为：
其中，为相位项，ω0为脉冲的载波频率，t为脉冲内的实际演化的时间，T为傅里叶变换极限下的脉宽。当啁啾系数β不大时，引入的脉宽变化也不太大。考虑基频光与倍频光的折射率之差为Δn，在空间中传播距离L所引入时间差td，td＝LΔn/c，其中c为光速。此时，由于两路光本身的传播速度不同所导致的差异会导致两路光包络中心不再重合，额外引入相位差Δω，其数学表达式可写为：
此时，对于激光内频率随脉冲不同时刻的依赖关系，可以在一个脉冲内进行积分，得到由激光脉宽展宽啁啾项所引入的额外相位量：
其中，β为啁啾系数，已由表达式(2)定义；T为傅里叶变换极限下的脉宽；td为引入的时间差。即为脉宽所对应的啁啾系数β引入的额外相位，会带来了与激光啁啾和双色场累计的时间差成正比的相位附加项。该相位的引入可以对飞秒激光在辐照初始的双色场相对相位提供一个相位移动，从而导致了太赫兹辐射随着脉宽特性的改变而改变。需要注意的是，公式(5)成立条件需满足β<<1的条件，即飞秒激光脉宽的调制改变量相较于原飞秒激光的脉宽而言并不大。基于此原理可以实现通过改变飞秒激光脉冲的脉宽来实现改变太赫兹波信号的强度。
在应用过程中，若飞秒激光脉冲的实际的脉宽宽度为Tβ，利用公式(2)可以获得对应的啁啾系数β，并可以通过公式(4)计算出啁啾脉冲所引入的额外相位
在又一种实施例中，分束镜104可以用于接收啁啾调控元件102脉宽操控后的飞秒激光脉冲，并对脉宽操控后的飞秒激光脉冲进行分束，得到第一飞秒激光分束和第二飞秒激光分束，其中，第一飞秒激光分束的能量高于第二飞秒激光分束的能量。
在一示例中，经过啁啾调控元件102脉宽操控后的飞秒激光脉冲，可以通过分束镜104进行分束，其中，能量较高的一束激光(对应第一飞秒激光分束)入射至相位调制模块10。进一步的，相位调制模块10基于第一飞秒激光分束产生二倍频光束，以及基于二倍频光束在等离子体中产生初始太赫兹波辐射。
分束镜104将能量较低的一束激光(对应第二飞秒激光分束)反射，通过光学延时装置107改变时间延迟，再通过第二离轴抛面镜109将光学延时装置107输出的第二飞秒激光分束和相位调制模块10输出的初始太赫兹波辐射进行空间合束并共线作用于电光晶体110。其中，电光晶体110可选用ZnTe或者GaP等具有较显著电光特性的晶体。
进一步的，太赫兹波信号探测模块11可以接收电光晶体110输出的合束后的第二飞秒激光分束和初始太赫兹波辐射，并对第二飞秒激光分束进行偏振分束，得到太赫兹波信号。
本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，通过啁啾调控元件对飞秒激光脉冲进行脉宽操控，实现了对于辐射的太赫兹波特性的调控，进而可以分析飞秒激光脉冲的脉宽与太赫兹波信号之间的关系，从而加深对太赫兹波辐射过程的理解。
为了进一步介绍本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，下面将结合图3进行说明。
在本发明一示例性实施例中，结合图3可知，基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置还可以包括第一光学反射镜103。其中，分束镜104基于第一光学反射镜103接收啁啾调控元件102脉宽操控后的飞秒激光脉冲。
在应用过程中，经过啁啾调控元件102脉宽操控后的飞秒激光脉冲可以通过第一光学反射镜103的反射再入射至分束镜104。
在又一示例中，继续结合图3进行说明，基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置还可以包括第二光学反射镜105。其中，相位调制模块10可以基于第二光学反射镜105接收分束镜104输出的第一飞秒激光分束。
在又一示例中，相位调制模块10可以包括透镜106和倍频晶体108，透镜106和倍频晶体108之间的距离为第三预设距离。其中，相位调制模块10接收的第一飞秒激光分束依次通过透镜106和倍频晶体108，以实现基于第一飞秒激光分束产生二倍频光束，以及基于二倍频光束在等离子体中产生初始太赫兹波辐射。需要说明的是，透镜106和倍频晶体108之间的第三预设距离也会对太赫兹波信号的强度产生影响。在应用过程中，第三预设距离可以根据实际情况进行调整，即可以根据需要对飞秒激光脉冲脉宽的操控程度进行调整，在本实施例中，不对第三预设距离做具体限定。
在应用过程中，分束镜104可以选用9：1的分光比例进行分光，其中，能量较高的一束激光(对应第一飞秒激光分束)透射通过分束镜104，并由第二光学反射镜105反射后，依次入射透镜106和倍频晶体108。透镜106的焦距通常为20-50cm的长度，对应于的等离子体丝长度大约为cm量级，此时具有一定长度的等离子体丝可能由于自身所具备等离子体频率特性，导致了偶级阵列所累加的太赫兹辐射。透镜106和倍频晶体108之间的距离(对应第三预设距离)可调控，倍频晶体108可选用β-BBO等可实现I类相位匹配的晶体，通过令基频光通过晶体o轴，利用o+o＝e的方式产生二倍频的新光。由于这两种频率的光是通过相位匹配产生的，出射倍频晶体时可认为不产生双色场相对相位差。但是，由于在空气中，基频光和倍频光由于频率不同，具备群速度色散，可用于实现等离子体中的初始双色场相对相位φ调节，该初始相对相位φ是由双色场在传播过程中所引入的相位差Δφ以及由脉冲啁啾性质所引入的相位差两者之和。等离子体丝阵列在空间中的每个局域小阵元的双色场相对相位，是由初始的双色场相对相位φ和在等离子体的丝中传递所累加的相位共同决定。每个等离子体制阵元的相位决定了该局部的太赫兹辐射初始相位。这些等离子体阵元所产生的太赫兹波辐射相干叠加，会进行一种发散的太赫兹辐射(对应初始太赫兹波辐射)。
在又一种实施例中，继续结合图3进行说明，离轴抛面镜12可以包括第一离轴抛面镜112和第二离轴抛面镜109，其中，相位调制模块10输出的初始太赫兹波辐射通过第一离轴抛面镜112反射转化为平行光形式的初始太赫兹波辐射，以及光学延时装置107输出的第二飞秒激光分束通过第二离轴抛面镜109与平行光形式的初始太赫兹波辐射进行空间合束并共线作用于电光晶体110。
在一示例中，通过将第一离轴抛面镜112的焦距固定在太赫兹辐射源的位置处，可以将发散的锥形太赫兹波辐射(对应初始太赫兹波辐射)通过离轴反射转化为近平行的太赫兹波辐射(对应平行光形式的初始太赫兹波辐射)。
在应过程中，分束镜104可以将能量较低的一束激光反射(对应第二飞秒激光分束)，通过光学延时装置107改变时间延迟，时间延迟通常采用50fs的时间间隔进行移动，扫描全程至少需要ps量级才能保证测到太赫兹辐射的主峰情况。较低能量的激光脉冲是进行电光采样的脉冲，通过带洞的第二离轴抛面镜109进行激光(对应第二飞秒激光分束)与太赫兹波(对应初始太赫兹波辐射)的空间合束，由于太赫兹辐射主要分布在传播方向夹5-10°的张角内，而低能量的激光脉冲通过第二离轴抛面镜109预留的洞可以与太赫兹波脉冲重合。此时，低能量激光脉冲平行出射第二离轴抛面镜109，太赫兹波(对应初始太赫兹波辐射)由第一离轴抛面镜112转化的平行光再通过第二离轴抛面镜109反射聚焦并与低能量激光脉冲重合在电光晶体110上。尽管太赫兹光斑相较飞秒激光大很多，但由于太赫兹光进行了聚焦，因此在空间尺度上，低能量飞秒激光光斑会覆盖太赫兹光。在一示例中，电光晶体110可以选用ZnTe或者GaP等具有较显著电光特性的晶体。
在又一种实施例中，继续结合图3进行说明，太赫兹波信号探测模块11可以包括玻片111、偏振分束片113和平衡探测器114。其中，电光晶体110输出的合束后的第二飞秒激光分束和初始太赫兹波辐射依次通过玻片111和偏振分束片113，实现对第二飞秒激光分束进行偏振分束，并基于平衡探测器114得到太赫兹波信号。
在一示例中，透射电光晶体110的飞秒激光通过四分之一波长的玻片111后，再经过偏振分束片113进行偏振分束，最终由平衡探测器114记录所得到的太赫兹波信号。需要说明的是，在图3中的黑粗实线可以表示为光路。
在本实施例中，通过啁啾调控元件102可以引起激光脉宽变化，激光脉宽调控经过倍频引入额外的双色场相对相位，此时相位的性质可对等离子体中的等离子体阵列微元进行调控，改变等离子体阵列的相位从而对太赫兹辐射进行操控。
图4是本发明提供的在两种不同脉宽下引入双色场相对相位情况下激光总能量和太赫兹辐射总强度的对比图。
结合图4可知，对于不同的双色场相对相位φ1和φ2，对应的太赫兹辐射总强度随着注入的激光总能量的变化关系会发生显著改变，主要是能量的依赖关系。
本发明提供的一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，通过光栅对的移动，实现对飞秒激光的脉宽进行调整，从而实现对于辐射的太赫兹波特性的调控。这种方式是一种全新的基于等离子体的太赫兹波辐射调控方式，可加深对于太赫兹波辐射过程的理解。进一步的，本发明所使用的太赫兹波产生光路较简单，在不移动透镜106和倍频晶体108的前提下，可对等离子体光源的太赫兹辐射特性进行调控。并且本发明涉及到的第一光栅201和第二光栅202可以集成在飞秒激光器振荡级压缩脉冲部位中，进而可以直接使用振荡级中的脉冲压缩装置进行飞秒激光脉冲的调制。最后，本发明涉及到啁啾脉冲的倍频与电离特性，目前尚缺乏统一认识，通过太赫兹辐射特性的新手段和新实验现象的观察，有望加深对这一物理过程的理解，具备一定的科学价值。需要说明的是，基于本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，可以产生的太赫兹波辐射的能量远大于现有太赫兹波辐射发生模型产生的太赫兹波辐射的能量。
根据上述描述可知，本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，通过啁啾调控元件对飞秒激光脉冲进行脉宽操控，实现了对于辐射的太赫兹波特性的调控，进而可以分析飞秒激光脉冲的脉宽与太赫兹波信号之间的关系，从而加深对太赫兹波辐射过程的理解。
基于相同的构思，本发明还提供一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法。
下面对本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法进行描述，下文描述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法与上文描述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置可相互对应参照。
图5是本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法的流程示意图。
在本发明一示例性实施例中，基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法可以应用于前文所述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置。结合图5可知，基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法可以包括步骤510和步骤520。
在步骤510中，响应于接收到获取太赫兹波信号的请求，对啁啾调控元件中光栅对的第一光栅和第二光栅之间的第一预设距离，和/或啾调控元件中光隙对的第一光隙和第二光隙之间的第二预设距离进行调控，得到经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，其中，飞秒激光脉冲由飞秒激光器输出并输入至啁啾调控元件。
在步骤520中，基于经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，生成与经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲对应的太赫兹波信号。
基于相同的构思，本发明还提供另一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，其中，该装置可以理解为与前文所述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法对应的虚拟装置。
图6是本发明提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置的结构示意图。
在本发明一示例性实施例中，基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置(与前述方法对应的虚拟装置)可以应用于图1或图3所述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置(实体装置)。结合图6可知，基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置(与前述方法对应的虚拟装置)可以包括处理模块610和生成模块620。
处理模块610，可以被配置为用于响应于接收到获取太赫兹波信号的请求，对啁啾调控元件中光栅对的第一光栅和第二光栅之间的第一预设距离，和/或啾调控元件中光隙对的第一光隙和第二光隙之间的第二预设距离进行调控，得到经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，其中，飞秒激光脉冲由飞秒激光器输出并输入至啁啾调控元件。
生成模块620，可以被配置为用于基于经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，生成与经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲对应的太赫兹波信号。
图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(Communications Interface)720、存储器(memory)730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法，其中，所述方法应用于基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，该方法包括：响应于接收到获取太赫兹波信号的请求，对啁啾调控元件中光栅对的第一光栅和第二光栅之间的第一预设距离，和/或啾调控元件中光隙对的第一光隙和第二光隙之间的第二预设距离进行调控，得到经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，其中，飞秒激光脉冲由飞秒激光器输出并输入至啁啾调控元件；基于经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，生成与经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲对应的太赫兹波信号。
此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法，其中，所述方法应用于基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，该方法包括：响应于接收到获取太赫兹波信号的请求，对啁啾调控元件中光栅对的第一光栅和第二光栅之间的第一预设距离，和/或啾调控元件中光隙对的第一光隙和第二光隙之间的第二预设距离进行调控，得到经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，其中，飞秒激光脉冲由飞秒激光器输出并输入至啁啾调控元件；基于经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，生成与经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲对应的太赫兹波信号。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法，其中，所述方法应用于基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，该方法包括：响应于接收到获取太赫兹波信号的请求，对啁啾调控元件中光栅对的第一光栅和第二光栅之间的第一预设距离，和/或啾调控元件中光隙对的第一光隙和第二光隙之间的第二预设距离进行调控，得到经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，其中，飞秒激光脉冲由飞秒激光器输出并输入至啁啾调控元件；基于经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，生成与经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲对应的太赫兹波信号。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
进一步可以理解的是，本发明实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，其特征在于，所述装置包括：飞秒激光器、啁啾调控元件、分束镜、相位调制模块、光学延时装置、离轴抛面镜、电光晶体和太赫兹波信号探测模块，其中，
所述飞秒激光器用于输出飞秒激光脉冲；
所述啁啾调控元件用于接收所述飞秒激光器输出的所述飞秒激光脉冲，并对所述飞秒激光脉冲进行脉宽操控，其中，所述啁啾调控元件包括光栅对，所述光栅对包括第一光栅和第二光栅，所述第一光栅和所述第二光栅呈平行设置且两者之间的距离为第一预设距离，其中，所述光栅对用于接收所述飞秒激光器输出的所述飞秒激光脉冲，并对所述飞秒激光脉冲进行脉宽操控；所述啁啾调控元件还包括光隙对，所述光隙对包括第一光隙和第二光隙，所述第一光隙和所述第二光隙呈平行设置且两者之间的距离为第二预设距离，其中，所述光隙对用于接收所述光栅对输出的脉宽操控后的飞秒激光脉冲，并对所述脉宽操控后的飞秒激光脉冲进行再次脉宽操控；
所述分束镜用于接收所述啁啾调控元件脉宽操控后的飞秒激光脉冲，并对所述脉宽操控后的飞秒激光脉冲进行分束，得到第一飞秒激光分束和第二飞秒激光分束，其中，所述第一飞秒激光分束的能量高于所述第二飞秒激光分束的能量；
所述相位调制模块用于接收所述分束镜输出的所述第一飞秒激光分束，并基于所述第一飞秒激光分束产生二倍频光束，以及基于所述二倍频光束在等离子体中产生初始太赫兹波辐射；
所述光学延时装置用于接收所述分束镜输出的所述第二飞秒激光分束，并通过所述离轴抛面镜将所述光学延时装置输出的第二飞秒激光分束和所述相位调制模块输出的所述初始太赫兹波辐射进行空间合束并共线作用于所述电光晶体；
所述太赫兹波信号探测模块用于接收所述电光晶体输出的合束后的所述第二飞秒激光分束和所述初始太赫兹波辐射，并对所述第二飞秒激光分束进行偏振分束，得到太赫兹波信号，其中，由激光脉宽展宽啁啾项引入的额外相位量根据以下公式实现：
；
为脉宽所对应的啁啾系数/>引入的额外相位；/>为引入的时间差，其中，，/>表示在空间中传播距离；/>表示基频光与倍频光的折射率之差；/>表示光速；/>表示时间演化项；/>为傅里叶变换极限下的脉宽；啁啾系数/>根据以下公式实现：
；
为飞秒激光脉冲的实际脉宽情况；
其中，额外相位的引入对飞秒激光在辐照初始的双色场相对相位提供一个相位移动，从而导致太赫兹辐射随着脉宽特性的改变而改变；
所述相位调制模块包括透镜和倍频晶体，所述透镜和所述倍频晶体之间的距离为第三预设距离，其中，所述相位调制模块接收的所述第一飞秒激光分束依次通过所述透镜和所述倍频晶体，以实现基于所述第一飞秒激光分束产生二倍频光束，以及基于所述二倍频光束在等离子体中产生初始太赫兹波辐射。
2.根据权利要求1所述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，其特征在于，所述装置还包括第一光学反射镜，其中，所述分束镜基于所述第一光学反射镜接收所述啁啾调控元件脉宽操控后的飞秒激光脉冲。
3.根据权利要求1所述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，其特征在于，所述装置还包括第二光学反射镜，其中，所述相位调制模块基于所述第二光学反射镜接收所述分束镜输出的所述第一飞秒激光分束。
4.根据权利要求1所述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，其特征在于，所述离轴抛面镜包括第一离轴抛面镜和第二离轴抛面镜，其中，所述相位调制模块输出的所述初始太赫兹波辐射通过所述第一离轴抛面镜反射转化为平行光形式的初始太赫兹波辐射，以及所述光学延时装置输出的第二飞秒激光分束通过所述第二离轴抛面镜与所述平行光形式的初始太赫兹波辐射进行空间合束并共线作用于所述电光晶体。
5.根据权利要求1所述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，其特征在于，所述太赫兹波信号探测模块包括波片、偏振分束片和平衡探测器，其中，所述电光晶体输出的合束后的所述第二飞秒激光分束和所述初始太赫兹波辐射依次通过所述波片和所述偏振分束片，实现对所述第二飞秒激光分束进行偏振分束，并基于所述平衡探测器得到太赫兹波信号。
6.一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至5中任意一项所述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述方法包括：
响应于接收到获取太赫兹波信号的请求，对啁啾调控元件中光栅对的第一光栅和第二光栅之间的第一预设距离，和/或啾调控元件中光隙对的第一光隙和第二光隙之间的第二预设距离进行调控，得到经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，其中，所述飞秒激光脉冲由飞秒激光器输出并输入至所述啁啾调控元件；
基于所述经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，生成与所述经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲对应的太赫兹波信号。
7.一种基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控虚拟装置，其特征在于，所述虚拟装置应用于权利要求1至5中任意一项所述的基于激光脉宽调制的太赫兹辐射调控装置，所述虚拟装置包括：
处理模块，用于响应于接收到获取太赫兹波信号的请求，对啁啾调控元件中光栅对的第一光栅和第二光栅之间的第一预设距离，和/或啾调控元件中光隙对的第一光隙和第二光隙之间的第二预设距离进行调控，得到经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，其中，所述飞秒激光脉冲由飞秒激光器输出并输入至所述啁啾调控元件；
生成模块，用于基于所述经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲，生成与所述经过脉宽操控后的飞秒激光脉冲对应的太赫兹波信号。
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