[发明专利]一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法

说明书

本发明公开了一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法，其中，使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统包括：啁啾信号产生装置，用于产生啁啾激光脉冲；以及“飞行聚焦”装置，利用衍射元器件对啁啾激光脉冲进行聚焦，以激发产生空气等离子体，进而产生太赫兹波。本发明提供的使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法将啁啾激光脉冲和衍射元器件相结合，以控制激光焦点区域内峰值强度的移动速度，以及控制激光光束在聚焦区域的传播，并且传播长度是瑞利长度的许多倍。与现有的利用空气产生太赫兹波方法相比，本发明产生的太赫兹波的强度大大增强，弥补了目前高强度太赫兹波产生技术领域的空白，具有较强的科研及实际应用价值。

技术领域

本发明涉及太赫兹波技术和激光领域，具体而言，涉及一种将啁啾激光脉冲与衍射元器件相结合使用，以达到控制聚焦区域中激发产生的空气等离子体移动速度的目的进而产生高强度太赫兹波的系统和方法。

背景技术

近几年，随着太赫兹源技术的发展，利用空气产生太赫兹波的方法由于具有无损伤阈值、远距离产生等优点而从诸多太赫兹源技术中脱颖而出，在实际中得到很好的应用。为了获得更加优质的太赫兹波，利用空气产生太赫兹波的系统一直在不断的优化。

太赫兹波的产生主要依赖于等离子体密度梯度或在光丝中产生非稳定的电流，产生效率主要取决于光丝与太赫兹波的相位匹配，对此可参考文献1“Xu,Xie,Jianming,Dai,and,X,-C,Zhang.Coherent Control of THz Wave Generation in Ambient Air[J].Phys.Rev.Lett.,2006,96(075005):7-24”和文献2“K,Y,Kim,J,H,Glownia,A,J,Taylor,and,G,Rodriguez.Terahertz emission from ultrafast ionizing air in symmetry-broken laser fields[J].Optics Express,2007,15(8):4577-4584”。在传统方案中，空气等离子体的长度只能通过等离子体折射和自聚焦来保持平衡，导致长度受到限制且无法与太赫兹辐射进行相位匹配。由于光学频率的限制，将太赫兹波的最大强度制约在10¹⁴W/cm²量级。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用以下技术手段：通过一定的方式使光丝动起来，如此一来，既可以得到更长的高强度等离子体丝又可以满足与太赫兹波的相位匹配。另外，本发明进一步将光丝强度与光丝长度分离开来，以及将光丝移动速度与群速度独立开来(关于“群速度”可参考文献3“P,A,Cherenkov.Visible emission of clean liquids byaction ofγradiation[J].Doklady Akademii Nauk SSSR,1934,2(451)”)，从而得到能够产生更高强度太赫兹波的太赫兹源。

为达到上述目的，本发明提供了一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统，其包括：

啁啾信号产生装置，用于产生啁啾激光脉冲；以及

“飞行聚焦”装置，利用衍射元器件对啁啾激光脉冲进行聚焦，以激发产生空气等离子体，进而产生太赫兹波。

在本发明的一实施例中，使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统还包括：

太赫兹波探测装置，用于探测产生的太赫兹波的强度；或

太赫兹波扫描装置，用于对太赫兹波的空间分布进行扫描。

在本发明的一实施例中，所述啁啾信号产生装置包括依次设置于光路上的激光器、光参量放大器以及啁啾激光脉冲产生器件，所述激光器发射的激光脉冲由所述光参量放大器进行放大，之后再经由所述啁啾激光脉冲产生器件进行调制，以产生啁啾激光脉冲。