基于光学方法的太赫兹辐射源(1)(4)

时间：2025-05-01

中国）ｃ。’相关、在脉冲激光诱导空气等离子体中的四波混频整流效应（ＦｏｕｒｗａｖｅＭｉｘｉｎｇＲｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ），在空气中亦可产生较强的太赫兹辐射［１…。在这种方法中所表现出的明显太赫兹辐射阈值现象表明，空气等离子体的形成是产生太赫兹波的先决条件。并且与在空气中直接聚焦产生太赫兹辐射的方法相比，空气等离子体是一种具有很高三阶非线性极化率Ｚ‘３’数值的非线性介质。而利用超短激光脉冲激发电光晶体、与二阶非线性极化率）ｃ‘２’有关的光整流过程却没有阈值现象。当基频光、倍频光和太赫兹波的偏振方向相同时，可以获得最佳的太赫兹波辐射效率。当总的脉冲能量超过空气等离子体形成阈值时，太赫兹波场的振幅与基频光∞的脉冲能量成正比，与倍频光２∞的脉冲能量的开方成正

比‘１６’１７］。

利用超短激光脉冲激发各种物质所产生的太赫兹波具有超宽带、脉宽窄、峰值功率高等特点，可应用于太赫兹时域光谱成像、精密时问分辨光谱等研究，其信噪比远高于传统远红外傅里叶光谱，但太赫兹脉冲频谱较宽、时问相干性差，且不可连续调谐，转换效率较低，得到的太赫兹光束的平均功率只有纳瓦到微瓦量级，不利于对其进行探测。

４利用非线性差频过程产生太赫兹波

４．１

差频方法产生太赫兹波的进展

差频方法产生太赫兹辐射的最大优点是没有阈

值，实验设备简单，结构紧凑。与前面提到的光整流和光电导方法相比，它可以产生较高功率的太赫兹波辐射，且不需要价格昂贵的抽运装置。差频方法产生太赫兹波的技术关键是要获得功率较高、波长比较接近的抽运光和信号光（两波长相差一般不大

于１０ｎｍ），以及具有较大的二阶非线性系数，并在

太赫兹波范围内吸收系数小的非线性差频晶体。这样，利用差频方法甚至可以得到比太赫兹波参量振荡器［１８￣２０］更宽的太赫兹波调谐范围，但其存在着转换效率低下的缺点。

早在上世纪６０年代中期，国外就有人利用一台钕玻璃激光器得到１．０５９～１．０７３肛ｍ波长输出，通过利用一块石英晶体进行非线性差频，得到大约

３

ＴＨｚ的输出，但输出效率很低［２１【。到了上世纪７０

年代，Ｒ．Ｌ．Ａｇｇａｒｗａｌ等在８０Ｋ的温度下，用两个单模连续ＣＯ：激光器在ＧａＡｓ晶体中通过非共线差频，在ｏ．３～４．３ＴＨｚ频率范围内实现了连续调谐

万　

方数据激光

的远红外辐射，线宽小于１００

ｋＨｚ＿２２。。而Ｋ．Ｈ．

Ｙａｎｇ等用一台双频率输出的染料激光器，在ＬｉＮｂＯ。，ｚｎＯ等晶体中利用共线和非共线相位匹配，均实现了在ｏ．６～５．７ＴＨｚ连续可调远红外辐射，峰值功率达到了２００ｍｗ嵋３。。

近年来，日本科学家Ｔ．Ｔａｎａｂｅ等利用Ｎｄ：ＹＡＧ激光器（输出波长为１０６４ｎｍ）和该激光器三倍频输出所抽运的ＢＢＯ晶体光学参量振荡器（ＢＢＯ—ＯＰＯ）的输出分别作为抽运源和信号光，采用ＧａＰ晶体作为差频晶体，利用非共线相位匹配配置，通过改变两入射光的夹角，实现了０．５～３

ＴＨｚ

的太赫兹波调谐输出，并在１．３ＴＨｚ处达到４８０ｍｗ的峰值功率输出［２４Ｉ，如图５所示。接着又将调谐范围延伸到了７

ＴＨｚ［２

５１。但在这种非共线相位匹配配

置中，由于太赫兹波与两束抽运光在晶体中夹角大，减小了三束波的空间重叠性，大大降低了三波转换效率。显然，为了使三束参量光的空间重叠最大，共线相位匹配配置是最理想的，从而可使太赫兹波输出功率更高。ｗｅｉＳｈｉ和ＹｕｊｉｅＪ．Ｄｉｎｇ根据理论计算，发现对于ＧａＰ晶体，当混频波长在０．９９５８～１．０３４弘ｍ范围内才可实现共线相位匹配差频。当两混频波长超出此范围，但接近于１．０６４ｐｍ时，差频过程的相干长度仍然足够长，仍可认为此差频过程满足相位匹配条件。他们采用类似的抽运源，利用共线相位匹配配置在ＧａＰ晶体内进行差频，得到

了０．１０１～４．２２ＴＨｚ调谐范围，并在１７３弘ｍ得到

１５．６

Ｗ的峰值功率输出［２

６｜。

图５利用Ｎｄ：ＹＡＧ激光器和ＢＢＯ晶体光学参量

振荡器输出进行差频产生太赫兹波

Ｆｉｇ．５

ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅＤＦＧｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｅｔｕｐ

ｆｏｒＴＨｚ—

ｗａｖｅ

ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，

ｉｎｗｈｉｃｈＮｄ：ＹＡＧａｎｄ