基于光学方法的太赫兹辐射源(1)(3)

１０期

孙博等：基于光学方法的太赫兹辐射源

图２太赫兹波气体激光器

Ｆｉｇ．２

ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＴＨｚ＿ｗａｖｅｌａｓｅｒａｎｄｉｔｓ

ｅｎｅｒｇｙ

ｌｅｖｅｌｏｆｍｅｔｈａｎｏｌ

率稳定性等方面仍需要一定的改进ｍ］。而光整流效应是一种非线性效应，是利用飞秒激光脉冲和非线性介质（如ＺｎＴｅ）相互作用而产生低频电极化场，此电极化场在晶体表面辐射出太赫兹电磁波。此过程与二阶非线性光学过程（差频产生（ＤＦＧ））或高阶非线性光学过程有关，如图４所示。光整流发射的太赫兹光束的能量直接来源于激光脉冲的能量，它的转换效率主要依赖于材料的非线性系数和相位匹配条件。

勰

３

与超短激光脉冲有关的太赫兹波辐

射源

利用超短激光脉冲对不同材料（ＬｉＴａｏ。，

ＬｉＮｂＯ。，半导体材料ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＴｅ，有机物ＤＡＳＴ，金属，包括空气在内的各种气体等）激发，可以产生宽频带的太赫兹脉冲辐射，其中基于光电导原理和光整流效应的脉冲太赫兹波产生技术目前较为成熟、应用较为广泛。

光电导方法就是在光电导半导体材料表面淀积金属制成偶极天线电极结构，用光子能量大于半导体禁带宽度的超短脉冲激光照射半导体材料，使半

叩

Ｕ

ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃ

ｃｒｖｓｔａｌ

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导体材料中产生电子一空穴对，在外加偏置电场中产生载流子的瞬态输运，这种真实、随时间变化的瞬态光电流的变化，便会发射太赫兹电磁辐射。由于辐射的能量主要来自天线上所加的偏置电场，可以通过调节外加电场的大小来获得能量较高的太赫兹波。而制作大孔径的光电导天线可以提高太赫兹波辐射的效率，如图３所示。

Ｆｉｇ．４

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图４光整流效应

０ｐｔｉｃａｌｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ

将超短强激光脉冲在周围空气中聚焦，直接产生太赫兹波辐射的技术，近些年来引起人们的广泛关注。上个世纪９０年代初，Ｈ．Ｈａｍｓｔｅｒ等ｕ３’１４０首次提出了将亚皮秒高能量密度的激光脉冲在空气中聚焦，使空气在焦点处发生电离形成等离子体。所

形成的有质动力（ＰｏｎｄｅｒｏｍｏｔｉｖｅＦｏｒｃｅｓ）使离子电

荷和电子电荷之问形成大的密度差，而这种电荷的分离将导致强有力的电磁瞬变，辐射出太赫兹波。同时，有质动力所引起的空间电荷场还会加速热电子的运动，从而根据韧致辐射原理辐射出Ｘ射线。如果将超短脉冲聚焦于固体靶，则得到的太赫兹波

图３光电导天线

Ｆｉｇ．３

Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｐｈｏｔ。ｃｏｎｄｕｅｔｉｖｅ

ａｎｔｅｎｎａ

辐射峰值功率将比气体靶高出几个数量级。

而利用超短激光脉冲基频叫和它的二次谐波２∞同时在空气中聚焦，基于与三阶非线性极化率

万方数据