中科院光機所強光場驅(qū)動太赫茲輻射波形受控研究取得新進(jìn)展

中科院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室徐至展、李儒新研究組在6月22日出版的學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上發(fā)表的論文 [Phys. Rev. Lett. 108, 255004 (2012)]中，提出并證實利用周期量級極短脈沖強場激光驅(qū)動產(chǎn)生波形受控的太赫茲輻射的新方法，為太赫茲輻射源的時空精密操控及其在遙感和量子系統(tǒng)相干控制等領(lǐng)域的重要應(yīng)用提供了新思路。

　　強場超快激光驅(qū)動空氣等離子體可以在遠(yuǎn)距離產(chǎn)生和檢測太赫茲波，克服了空氣中水分子對太赫茲波段光譜的吸收，在遠(yuǎn)程太赫茲光譜和成像檢測等方面有重要應(yīng)用前景;而波形可控的太赫茲輻射可望應(yīng)用于對相位敏感的太赫茲傳感和量子相干控制等研究中，正發(fā)展成為太赫茲科學(xué)與強場激光物理領(lǐng)域的前沿研究方向。

　　上海光機所該研究組近年自行研制建立了載波包絡(luò)相位(CEP)穩(wěn)定的紅外波段周期量級極短脈沖激光系統(tǒng)(中心波長1.8um;脈寬1.5個光周期, ~9fs)及物理實驗平臺，并成功應(yīng)用于基于空氣成絲等離子體的太赫茲輻射的產(chǎn)生與應(yīng)用研究。本項研究發(fā)現(xiàn)太赫茲輻射波形可以通過改變光絲等離子體的長度和驅(qū)動激光脈沖的CEP而實現(xiàn)控制，特別是發(fā)現(xiàn)了在光絲等離子體中產(chǎn)生的太赫茲輻射波形隨傳輸位置的演化乃至發(fā)生了極性反轉(zhuǎn)。

　　迄今報道的激光驅(qū)動空氣成絲等離子體產(chǎn)生太赫茲輻射的研究中，通常是利用基頻和倍頻光場產(chǎn)生不對稱的組合光場以獲得增強的太赫茲輻射。本項研究則是利用周期量級超快激光脈沖光場自身的不對稱性獲得增強的太赫茲輻射，利用光電流模型并包含有傳輸效應(yīng)的數(shù)值模擬與實驗結(jié)果符合很好。此外，本項研究還提出了在色散介質(zhì)中周期量級光場的修正古依(Gouy)相移的概念，解釋了其物理本質(zhì)，并揭示了光絲等離子體中各種相位變化的起因。

　　《物理評論快報》審稿人對該工作作出了高度評價：“這是一篇重要而及時的研究論文。載波包絡(luò)相位(CEP)穩(wěn)定的周期量級激光場產(chǎn)生太赫茲輻射直到zui近才成為可能，但其物理機制仍很不清楚。…該論文無疑在此方向邁出了決定性的一步。”“…我認(rèn)為該論文將導(dǎo)致對載波包絡(luò)相位穩(wěn)定的激光產(chǎn)生太赫茲輻射以及激光成絲中的復(fù)雜動力學(xué)有更好的了解，必將在廣泛的太赫茲科學(xué)學(xué)術(shù)界以及激光成絲和等離子體物理領(lǐng)域?qū)W術(shù)界引起高度的興趣。”

中科院光機所強光場驅(qū)動太赫茲輻射波形受控研究取得新進(jìn)展