[实用新型]利用液态水进行太赫兹波相干探测的系统

说明书

本实用新型公开了一种利用液态水进行太赫兹波相干探测的系统，其中，该系统包括激光器、分光镜、光参量放大器、斩波器、平面反射镜、第一凸透镜，DAST非线性晶体、第一离轴抛物面反射镜、太赫兹滤波片、第二离轴打孔抛物面反射镜、β‑BBO非线性倍频晶体、光楔对、α‑BBO非线性双折射晶体、二分之一波片、第二凸透镜、液体膜、第三凸透镜、带通滤波片、光电倍增管和锁相放大器。本实用新型创新性的应用了等离子体荧光辐射并结合运载光束与二次谐波的相干原理，将液态水应用于太赫兹波的相干探测，具有构成简单、建置成本低、稳定性高、可修复性强并且容易维护等优点。

技术领域

本实用新型涉及太赫兹波探测领域，具体而言，涉及一种利用液态水进行太赫兹波相干探测的系统。

背景技术

随着太赫兹探测技术的发展，大量的研究成果已经证明了光电导天线、电光晶体、气体均是良好的太赫兹探测手段。

20世纪80年代就有人利用天线结构探测了太赫兹脉冲。作为探测光的飞秒激光脉冲和太赫兹脉冲同时聚焦在两电极之间的基片上，利用探测脉冲对THz脉冲电场进行取样即可记录太赫兹脉冲的时域波形。然而，受半导体材料载流子寿命和动量弛豫时间的影响，这一技术的高频响应受到了限制。电光晶体探测是一种常用的探测太赫兹波的手段。飞秒激光脉冲作为探测光，与太赫兹脉冲共线作用到电光晶体上，探测光在电光晶体中受到太赫兹脉冲电场的调制后其偏振态发生了变化，通过检测偏振态的变化，可以间接测量太赫兹脉冲电场的波形。但是该种方法需要严格的相位匹配条件，且电光晶体成本高，损伤阈值低。空气等离子体对太赫兹波进行探测即利用气体的非线性效应探测太赫兹波，通过探测太赫兹场致二次谐波的强度进而间接探测太赫兹脉冲电场。该方法对探测光能量要求较高，需要达到空气激发阈值，并且响应灵敏度低。

2018年，液态水在太赫兹驱动下的瞬态双折射的响应被报导，其利用差分探测器可以感测太赫兹波能量。证明了液态水在太赫兹波的驱动下具有可被探测的宏观表现。但是基于这种原理液态介质对太赫兹波的响应灵敏度极低，而且只能探测太赫兹辐射的能量，不能形成与太赫兹电场相干的探测方法，因此该种方法很难发展成一种具有实用价值的探测手段。阻碍液态水成为太赫兹相干探测技术的原因可能是因为以下四点：

(一)电光晶体这样的固体非线性晶体电场相干的探测原理是利用探测晶体二阶非线性效应导致的探测光瞬态双折射，而液体均具有各向同性的特性，在太赫兹驱动下，只有三阶的非线性效应，所以当前利用液态水实现的太赫兹波的感测只能实现能量的测量，不能实现对太赫兹电场时域波形的相干探测。

(二)运载光和探测光束需要精确调制至相同的偏振、相位。而在传统方法中，往往需要复杂的光路结构才能实现。

(三)液体介质在太赫兹驱动下的瞬态双折射响应灵敏度极低，故难以利用传统的瞬态双折射原理下的平衡探测技术探测太赫兹波。

(四)利用较强的探测光在液态水中激发弱等离子体时，如果将水封闭在承载容器中(例如：石英材质的液体皿)，容器在承载液体等离子体时极易损伤。

实用新型内容

液态水具有很强的三阶非线性系数，为将液态水应用于太赫兹辐射的相干探测提供了理论基础。本实用新型提供的利用液态水进行太赫兹波相干探测的系统就是利用液态水对太赫兹电场的时域波形进行探测。本实用新型首次实现了利用液态水对太赫兹电场的时域波形进行相干探测，并具有较高的灵敏度。

本实用新型提供一种利用液态水进行太赫兹波相干探测的系统，用以解决上述现有技术存在的问题。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种利用液态水进行太赫兹波相干探测的系统，其包括激光器、分光镜、光参量放大器、斩波器、平面反射镜、第一凸透镜，DAST非线性晶体、第一离轴抛物面反射镜、太赫兹滤波片、第二离轴打孔抛物面反射镜、β-BBO非线性倍频晶体、光楔对、α-BBO非线性双折射晶体、二分之一波片、第二凸透镜、液体膜、第三凸透镜、带通滤波片、光电倍增管和锁相放大器，其中：