三色场激光激发空气等离子体产生太赫兹波的系统技术方案

一种三色场激光激发空气等离子体产生太赫兹波的系统，其包括激光器、分光镜、光参量放大器、第一BBO晶体、第一二向色镜、第一电动平移装置、第一反射镜、二分之一波片、第二反射镜、衰减片、第二BBO晶体、400nm滤波片、第三反射镜、第四反射镜、第二电动平移装置、第五反射镜、第二二向色镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜以及第一离轴抛物面反射镜。本实用新型专利技术利用确定波长、振幅、相位的多色激光场拟合得到尽量接近理想锯齿波形的电磁波形，相较于双色场激发空气等离子体产生太赫兹波的传统方式，具有更大的太赫兹能量转换效率，进而能够获得更高功率的太赫兹源。本实用新型专利技术产生的太赫兹波能量较强，利于光谱测量，具有较强的科研及实际应用价值。

Terahertz generation system of air plasma excited by trichromatic laser

【技术实现步骤摘要】
三色场激光激发空气等离子体产生太赫兹波的系统
本技术涉及太赫兹波和激光
，具体而言，涉及一种三色场激光激发空气等离子体产生太赫兹波的系统。
技术介绍
将超短激光脉冲聚焦在空气中直接产生太赫兹波的技术已经在近年来得到广泛的关注以及获得了一批优秀的实验研究成果及理论研究成果。在以往的研究中，800nm波长及长波长(1200nm-1600nm)的单色场激发空气等离子体产生太赫兹波；利用BBO晶体产生800nm波长及长波长的二次谐波并与其混合聚焦产生太赫兹波，以及非寻常比例的不同波长混合双色场(如波长比为2：3和1：4)聚焦激发空气等离子体产生太赫兹波等都取得了不错的研究进展，并且不断向高太赫兹产生效率方向发展。三色场甚至多色场产生太赫兹是获得更大功率、更宽频谱太赫兹源的必经之路。激光聚焦空气产生太赫兹中，对于产生的太赫兹能量至关重要的是泵浦波形相对于场极值的明显不对称性，这决定了电子漂移速度。而具有锯齿状时域波形的叠加场会促进隧道诱导光电流触发产生最高太赫兹波信号，通过使用多频激光脉冲，可以获得优化自由电子轨迹的电场波形，使得电子获得最大的漂移速度。这可以使太赫兹的转换效率提高到2％，与标准的双色脉冲相比，原则上可以将太赫兹转换效率提高多达2个数量级。但是，目前还没有具体可实施的利用这一原理提高太赫兹波转换效率、进而获得更高功率的太赫兹源的方法。
技术实现思路
在激光激发空气等离子体产生太赫兹方式中，太赫兹产生效率的决定因素为泵浦光波形相对于场极值的明显不对称性，这决定了电子漂移速度，即如若电场为不对称场，电离而来的自由电子在电场内的总体运动效应为向一个定向的移动，则会产生太赫兹，而这个定向的净电流越大，则可以获得越大的太赫兹强度。文献【P.GonzalezdeAlaizaMartinez，I.Babushkin，L.Berge，S.Skupin，E.Cabrera-Granado，C.Kohler，U.Morgner，A.Husakou，andJ.Herrmann，Phys.Rev.Lett.114，183901(2015)】公开了以下公式：其中，UTHz：太赫兹能量，ωCO：截止太赫兹频率，ω：太赫兹频率，在t＝tn时刻与电离相关的净电流，δρn：光子电离率，vf(tn)：自由电子漂移速率，n：第n时刻。由该公式可知，电子的漂移速度越大，在相同泵浦光功率的条件下，产生太赫兹的能量越高。在所有可获得激光场波形中，具有锯齿状时域波形的场有最大的不对称性，锯齿波形越接近理想，太赫兹转换效率越高。利用多色场激光拟合得到锯齿状时域波形泵浦光源，不同频率的激光场数量越多，所得到的拟合波形越接近理想锯齿波，所产生的太赫兹功率越大。周期型锯齿波的傅里叶级数展开公式为其中，A：锯齿波幅值，T1：锯齿波周期，ω1，2，3...：基频波，二次谐波，三次谐波...故想要得到尽可能理想的锯齿波形，需要各光波频率为倍数关系，本技术选用长波长(如1200-1600nm)激光，以及其二倍频、三倍频、四倍频等叠加，通过控制其振幅和相位，拟合形成锯齿波形。基频波、二倍频波、三倍频波、四倍频波......的振幅比为控制各光波初相位为各光波偏振方向相同。本技术提供一种三色场激光激发空气等离子体产生太赫兹波的系统，用以获得更高功率的太赫兹源。为达到上述目的，本技术提供了一种三色场激光激发空气等离子体产生太赫兹波的系统，其包括激光器、分光镜、光参量放大器、第一BBO晶体、第一二向色镜、第一电动平移装置、第一反射镜、二分之一波片、第二反射镜、衰减片、第二BBO晶体、400nm滤波片、第三反射镜、第四反射镜、第二电动平移装置、第五反射镜、第二二向色镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜以及第一离轴抛物面反射镜，其中：激光器用于发射波长为800nm的激光，800nm的激光经分光镜后得到第一光束和第二光束，第一光束经过光参量放大器后输出波长为1200nm的信号光，波长为1200nm的信号光经过第一BBO晶体后一部分波长不变另一部分转换为波长为600nm的二次谐波信号光，之后第一二向色镜将波长为1200nm的信号光与波长为600nm的二次谐波信号光分束，波长为600nm的二次谐波信号光经由一第一电动平移装置控制其光程后再经由第一反射镜反射至二分之一波片，之后再依次经由第二反射镜反射、第二聚焦透镜聚焦以及第二二向色镜反射射出，波长为1200nm的信号光经过第一聚焦透镜聚焦后经由第二二向色镜透射射出，由第二二向色镜射出的波长为600nm的二次谐波信号光、波长为1200nm的信号光二者共线共焦入射至第一离轴抛物面反射镜背面的小孔，第二光束经过衰减片进行衰减后再入射至第二BBO晶体，出射光一部分为波长为400nm的二次谐波信号光另一部分为波长为800nm的激光，之后再经由400nm滤波片将波长为800nm的激光滤除，从400nm滤波片出射的波长为400nm的二次谐波信号光再经由第三反射镜、第四反射镜以入射至第二电动平移装置，由第二电动平移装置射出的波长为400nm的二次谐波信号光经由第五反射镜反射后入射至第一离轴抛物面反射镜，由二分之一波片射出的波长为600nm的二次谐波信号光、由第二二向色镜射出的波长为1200nm的信号光、由第二电动平移装置射出的波长为400nm的二次谐波信号光三者的偏振方向一致，波长为1200nm的信号光与波长为400nm的二次谐波信号二者的相位一致且初相位为波长为600nm的二次谐波信号光的初相位为经由第一离轴抛物面反射镜射出的波长为600nm的二次谐波信号光、波长为1200nm的信号光以及波长为400nm的二次谐波信号光共聚焦激发空气。在本技术的一实施例中，所述激光器为飞秒激光放大器。在本技术的一实施例中，三色场激光激发空气等离子体产生太赫兹波的系统进一步包括一太赫兹强度检测装置，其包括第二离轴抛物面反射镜、THz滤波片、斩波器、硅片、定镜、动镜、第三离轴抛物面反射镜以及太赫兹波强度探测器，由第一离轴抛物面反射镜射出的太赫兹光束入射至第二离轴抛物面反射镜，经由第二离轴抛物面反射镜反射后依次经由THz滤波片、斩波器以及硅片之后，一部分太赫兹光束入射至动镜并经由动镜再次反射回硅片，硅片将此部分太赫兹光束投射至第三离轴抛物面反射镜并经由太赫兹波强度探测器接收，另一部分太赫兹光束透射过硅片后再经由定镜反射，然后再经硅片透射到第三离轴抛物面反射镜上，由第三离轴抛物面反射镜反射并聚焦到太赫兹波强度探测器上，通过改变动镜的位置以改变两束太赫兹光束之间的光程差，太赫兹波强度探测器对接收到的多组具有不同光程差的两束太赫兹光束进行自相关处理，进而得到太赫兹辐射源的自相关图。在本技术的一实施例中，所述太赫兹波强度探测器为高莱探测器。在本技术的一实施例中，所述斩波器的频率为12-20Hz。在本技术的一实施例中，由二分之一波片射出的波长为600nm的二次谐波信号光、由第二二向色镜射出的波长为1200nm的信号光、由第二电动平移装置射出的波长为400nm的二次谐波信号光三者的功率比值为9：36：4。在本技术的一实施例中，由二分之一波片射出的波长为600nm的二次谐波信号光、由第二二向色镜射出的波长为1200nm的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三色场激光激发空气等离子体产生太赫兹波的系统，其特征在于，包括激光器、分光镜、光参量放大器、第一BBO晶体、第一二向色镜、第一电动平移装置、第一反射镜、二分之一波片、第二反射镜、衰减片、第二BBO晶体、400nm滤波片、第三反射镜、第四反射镜、第二电动平移装置、第五反射镜、第二二向色镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜以及第一离轴抛物面反射镜，其中：激光器用于发射波长为800nm的激光，800nm的激光经分光镜后得到第一光束和第二光束，第一光束经过光参量放大器后输出波长为1200nm的信号光，波长为1200nm的信号光经过第一BBO晶体后一部分波长不变另一部分转换为波长为600nm的二次谐波信号光，之后第一二向色镜将波长为1200nm的信号光与波长为600nm的二次谐波信号光分束，波长为600nm的二次谐波信号光经由一第一电动平移装置控制其光程后再经由第一反射镜反射至二分之一波片，之后再依次经由第二反射镜反射、第二聚焦透镜聚焦以及第二二向色镜反射射出，波长为1200nm的信号光经过第一聚焦透镜聚焦后经由第二二向色镜透射射出，由第二二向色镜射出的波长为600nm的二次谐波信号光、波长为1200nm的信号光二者共线共焦入射至第一离轴抛物面反射镜背面的小孔，第二光束经过衰减片进行衰减后再入射至第二BBO晶体，出射光一部分为波长为400nm的二次谐波信号光另一部分为波长为800nm的激光，之后再经由400nm滤波片将波长为800nm的激光滤除，从400nm滤波片出射的波长为400nm的二次谐波信号光再经由第三反射镜、第四反射镜以入射至第二电动平移装置，由第二电动平移装置射出的波长为400nm的二次谐波信号光经由第五反射镜反射后入射至第一离轴抛物面反射镜，由二分之一波片射出的波长为600nm的二次谐波信号光、由第二二向色镜射出的波长为1200nm的信号光、由第二电动平移装置射出的波长为400nm的二次谐波信号光三者的偏振方向一致，波长为1200nm的信号光与波长为400nm的二次谐波信号二者的相位一致且初相位为...

【技术特征摘要】
1.一种三色场激光激发空气等离子体产生太赫兹波的系统，其特征在于，包括激光器、分光镜、光参量放大器、第一BBO晶体、第一二向色镜、第一电动平移装置、第一反射镜、二分之一波片、第二反射镜、衰减片、第二BBO晶体、400nm滤波片、第三反射镜、第四反射镜、第二电动平移装置、第五反射镜、第二二向色镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜以及第一离轴抛物面反射镜，其中：激光器用于发射波长为800nm的激光，800nm的激光经分光镜后得到第一光束和第二光束，第一光束经过光参量放大器后输出波长为1200nm的信号光，波长为1200nm的信号光经过第一BBO晶体后一部分波长不变另一部分转换为波长为600nm的二次谐波信号光，之后第一二向色镜将波长为1200nm的信号光与波长为600nm的二次谐波信号光分束，波长为600nm的二次谐波信号光经由一第一电动平移装置控制其光程后再经由第一反射镜反射至二分之一波片，之后再依次经由第二反射镜反射、第二聚焦透镜聚焦以及第二二向色镜反射射出，波长为1200nm的信号光经过第一聚焦透镜聚焦后经由第二二向色镜透射射出，由第二二向色镜射出的波长为600nm的二次谐波信号光、波长为1200nm的信号光二者共线共焦入射至第一离轴抛物面反射镜背面的小孔，第二光束经过衰减片进行衰减后再入射至第二BBO晶体，出射光一部分为波长为400nm的二次谐波信号光另一部分为波长为800nm的激光，之后再经由400nm滤波片将波长为800nm的激光滤除，从400nm滤波片出射的波长为400nm的二次谐波信号光再经由第三反射镜、第四反射镜以入射至第二电动平移装置，由第二电动平移装置射出的波长为400nm的二次谐波信号光经由第五反射镜反射后入射至第一离轴抛物面反射镜，由二分之一波片射出的波长为600nm的二次谐波信号光、由第二二向色镜射出的波长为1200nm的信号光、由第二电动平移装置射出的波长为400nm的二次谐波信号光三者的偏振方向一致，波长为1200nm的信号光与波长为400nm的二次谐波信号二者的相位一致且初相位为波长为600nm的二次谐波信号光的初相位为经由第一离轴抛物面反射镜射出的波长为600...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，马丹妮，吴同，蒋广通，张存林，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：新型
国别省市：北京,11