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源处的直接太赫兹探针检测
发布时间:2024-01-11 16:14:44 阅读:363

来源:Frontiers Journals;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 张思源 编译

由短脉冲激光产生的超连续谱的照片。
等离子体产生的光跨越电磁光谱的可见和不可见部分。
来源:Frontiers of Optoelectronics (2023). DOI: 10.1007/s12200-023-00095-y

    寻找和开发高效太赫兹(THz)源是21世纪的主要科学目标之一。电磁波谱的太赫兹区域由红外和微波波段之间的光频率组成,是最后一个几乎没有被探索过的光区域之一——目前,太赫兹频率范围内没有太多强而有效的光源和探测器。

    最近生产太赫兹光源的努力涉及使用超短脉冲激光器的大规模激光设备,该激光器能够在万亿分之一秒的时间内提供大约一万亿W灯泡所消耗的功率。这些激光焦点处的强度足以将电子从材料中剥离(物质转化为等离子体),从而在整个电磁光谱中产生光。

    不幸的是,要用这种方法产生更强的太赫兹频率,目前的激光技术只允许在几分钟或几个小时内发射几枪。这意味着,为了正确地测量和表征太赫兹源,必须开发一种能够完全表征单次发射内产生的辐射的检测方法。

    美国纽约罗切斯特大学光学研究所的张教授领导的研究团队扩展了一种通过将太赫兹电场转换为可见光来检测太赫兹电场的方法,称为“太赫兹场诱导二次谐波”(TFISH)产生。这种方法使用非线性光学(研究物质和强光之间的相互作用)在太赫兹波存在的情况下将光束的频率加倍。

    虽然这种测量方法已经使用了近20年,但研究人员设计了一种新的策略,直接测量等离子体源产生的辐射。这项名为“等离子体丝中太赫兹场诱导二次谐波产生的局部测量”的工作发表于2023年12月13日的《光电子前沿》杂志上。

    由于太赫兹波在启动时被限制在等离子体中,因此从太赫兹到可见光的非线性转换非常有效,甚至可以用肉眼检测到。在他们的系统中,研究人员在干燥的空气中用强光束产生等离子体,并使用第二束弱激光光辐射以非共线角度探测等离子体。通过定时探测光束到达等离子体的时间,研究人员可以表征等离子体的动力学,为太赫兹源提供完整的测量套件。

    此外,研究人员使用光栅来改变探测光束的时间,展示了在单次激光发射中首次测量到的TFISH信号。这种方法为太赫兹单次探测提供了迄今为止最大的带宽。

 
 

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