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光致电离液体产生太赫兹波,液体比气体更适合长时光脉冲
发布时间:2020-06-04 21:05:35 阅读:301

来源:麦姆斯咨询

    当具有足够强度的激光脉冲聚焦到靶材上时,即可通过激光与物质相互作用的非线性过程产生电子和离子,这样可使激光作用在气体、团簇、液体和固体等物质时发生激光诱导电离。光致电离(photoionization)是一种产生瞬态电流和电磁辐射的有效方法,所产生的电磁辐射可覆盖微波至X射线的波谱范围。

研究发表于Advanced Photonics(图片来源:SPIE)

    在太赫兹(THz)波谱范围内,基于激光诱导空气等离子体的太赫兹辐射源已成为研究实验室中最受欢迎的方法之一。虽然长期以来,由液态水产生太赫兹波被认为是不可能的,但本研究已成功证明该方法可行,研究中尤为成功的是实现了针对流动液体的激光脉冲重复作用,因此可实现前一个光脉冲所引发的变化不会影响接下来到达的光脉冲。

    不同物质产生的太赫兹波对光脉冲持续时间的依赖性有很大区别:由气体产生的太赫兹辐射适于使用较短的光脉冲,而较长的光脉冲则可在液体中提供更强的太赫兹辐射。研究光脉冲持续时间对太赫兹辐射的影响,对于理解所涉及的物理现象至关重要,从而为提高通过液体产生太赫兹辐射提供了思路。

    据麦姆斯咨询报道,美国罗彻斯特大学光学研究所(University of Rochester"s Institute of Optics)张希成教授的研究团队在液态水产生太赫兹波方面进行了前沿研究。研究人员发现,由电离液体所产生太赫兹波涉及的光致电离过程与空气或其他气体的电离过程有很大差别。研究团队近期已将研究成果发表于Advanced Photonics,论文文中详细阐述了这些差异。论文链接为:https://doi.org/10.1117/1.AP.2.1.015001

    张教授的团队观察到:在气体中,最短的光脉冲总会产生最强的太赫兹场;但在液体中,较长的光脉冲持续时间可提供更强的太赫兹辐射。通过计算电子密度,研究者发现光脉冲持续的时间越长,液体中就会产生的更多的电子。根据研究发现,这种现象是由电子碰撞引起的,电子碰撞在这种电离过程中起着重要的作用。而对于气体而言,电子的寿命总是比脉冲的持续时间长,因此通常不考虑电子碰撞效应。

    该论文阐明了光脉冲的持续时间对激光诱导电离产生太赫兹波的影响,同时推动了液态水产生太赫兹辐射的研究,该领域具有丰富的潜在应用和发展机遇。

 
 

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