多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的系统和方法。该系统包括依次设置在光路上的激光器、光参量放大器、1200nm～1600nm的二分之一波片、斩波器、衰减片、二倍扩束器、反射式空间光调制器、反射镜、聚焦透镜、BBO晶体、第一离轴抛物面反射镜、硅片、长通太赫兹滤波器、第二离轴抛物面反射镜、高莱探测器以及记录荧光图像的CCD相机。利用空间光调制器加载不同调制深度的多光束相息图将高斯型光束转变为多光束，进而改变等离子体光丝的长度、位置等，不仅使产生的太赫兹波强度明显增强，还出现了一峰、二峰到三峰的变化。此外，还能进一步清楚等离子体光丝变化对太赫兹波强度变化的影响，对提高太赫兹波转化效率具有较强的实用和科研价值。有较强的实用和科研价值。有较强的实用和科研价值。

【技术实现步骤摘要】
多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的系统和方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹波源和飞秒激光
，具体而言，涉及一种利用多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的系统和方法。

技术介绍

[0002]太赫兹波是指频率从0.1THz到10THz，位于的微波和红外之间的电磁波。由于太赫兹波具有低能性、瞬态性、宽带性等特点，因而太赫兹波在物理、化学、生物学和工程领域广泛应用，极大地激发了人们对太赫兹波研究的兴趣。太赫兹源是这些研究的重中之重，现有技术的太赫兹源的产生主要有两种方法：分别是电学方法和光学方法。近几年一些学者开始研究聚焦于空气法产生太赫兹波。“空气法”指具有高脉冲能量的飞秒激光脉冲与气体原子相互作用，激发出自由离子和电子，产生等离子体，等离子体迅速衰弱，同时产生太赫兹波。空气法有很多优点，其能够克服太赫兹波在空气中的强吸收，以及产生的太赫兹波峰值功率高、频谱宽等优点，近年来得到了广泛的关注。但是，由于这种方式产生太赫兹波的能量利用效率比较低，为此，该领域的研究人员通过一些方法来提高太赫兹波的生成效率，其中最有效的是使用双色场。目前，双色激光场主流的物理模型是瞬态光电流模型。其中，在这些方法中，一些关于特殊光束产生太赫兹波的研究取得了一些成效。2016年，liu kang使用空间光调制器将高斯光束变换为突然自聚焦光束，研究了新型光束产生太赫兹波的现象。发现在新型光束下，太赫兹波的能量获得了提高。为新型气体太赫兹源的研究开辟了新方向，为特殊光束产生高强度太赫兹波打下了坚实的基础。之后，研究人员进行了一系列使用特殊光束产生太赫兹波的实验，例如：方形艾里、涡旋光束、贝塞尔光束等，这些方法能够有效的提升太赫兹波的能量转化效率。然而，本领域还没有关于等离子体丝的变化对太赫兹波强度变化的影响的研究。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的系统和方法，其利用长波长飞秒高斯激光(1200nm～1600nm)通过空间光调制器转换为多光束激光，聚焦电离空气形成空气等离子体并向外辐射出太赫兹波。通过将波长调到1550nm、能量设置为100mw时，在电脑控制软件处变换不同调制深度的多光束相息图，使高斯光束转化为多光束，并进行实验发现多光束激光相对于传统高斯激光不仅能产生更强的太赫兹波辐射，获得更高的太赫兹波转换效率，而且还出现了一峰、二峰到三峰的变化，其对应的等离子体丝也随之发生了长度、位置等的变化。这对进一步清楚了解等离子体光丝变化对太赫兹波强度变化的影响，对提高太赫兹波转化率具有较强的实用价值和科研价值。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供了一种多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的系统，其包括依次设置在光路上的激光器、光参量放大器、1200nm～1600nm的二分之一波片、斩波器、衰减片、二倍扩束器、反射式空间光调制器、反射镜、聚焦透镜、BBO晶体、空气等离子体、第一离轴抛物面反射镜、硅片、长通太赫兹滤波器、第二离轴抛物面反射镜和高莱探
测器，其中：
[0005]所述激光器发射波长为800nm、水平偏振的飞秒激光；
[0006]所述飞秒激光经过所述光参量放大器被放大成波长从1200nm到1600nm连续可调的竖直偏振激光，再经过所述1200nm～1600nm的二分之一波片使所述竖直偏振激光变为水平偏振激光，再经过所述斩波器斩波后，通过所述衰减片调节其功率，然后再经过所述二倍扩束器对光束进行扩束后，入射至加载了多光束相息图的所述反射式空间光调制器，经过所述反射式空间光调制器相位调制后的光束由高斯型光束转变为多光束，其中，所述反射式空间光调制器的入射光束与反射光束之间的夹角小于20度；
[0007]所述反射式空间光调制器以小于10度的小角度将所述多光束反射出后，依次经过所述反射镜的反射和所述聚焦透镜的聚焦后，再经过所述BBO晶体倍频产生二次谐波，所述二次谐波与原波长的波共线聚焦激发所述空气等离子体并产生太赫兹波；
[0008]激发后的光束入射至所述第一离轴抛物面反射镜后被准直射出，再依次经过所述硅片和所述长通太赫兹滤波器将除太赫兹波以外的杂散光过滤掉，再经过所述第二抛物面镜反射镜收集并重新聚焦，最后由所述高莱探测器探测太赫兹波强度；
[0009]其中，在所述空气等离子体处还设置有一CCD相机，用于记录等离子体通道的荧光图像。
[0010]在本专利技术一实施例中，其中，所述激光器为钛蓝宝石飞秒激光放大器，其发射水平偏振且中心波长为800nm的高斯分布飞秒激光脉冲。
[0011]在本专利技术一实施例中，其中，所述光参量放大器输出的竖直偏振激光为波长在1200nm～1600nm可调的竖直偏振高斯飞秒激光脉冲。
[0012]在本专利技术一实施例中，其中，所述光参量放大器的输出波长调节为1550nm。
[0013]在本专利技术一实施例中，其中，所述斩波器的频率为15Hz。
[0014]在本专利技术一实施例中，其中，所述衰减片将经过其的激光功率调节到100mW。
[0015]在本专利技术一实施例中，其中，所述反射式空间光调制器的入射光与法线的夹角以及反射光与法线的夹角均小于10度，且所述反射式空间光调制器在其连接的PC端通过软件加载不同的相息图将入射的高斯型光束转变为不同的多光束，其中，所述相息图为不同调制深度的相息图。
[0016]为达到上述目的，本专利技术还提供了一种多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的方法，其通过前述系统实现，所述方法包括以下步骤：
[0017]S1：所述激光器发射高斯型的波长为800nm的激光，波长为800nm的激光经过所述光参量放大器被放大成波长从1200nm到1600nm连续可调的竖直偏振激光，再经过所述1200nm～1600nm的二分之一波片将竖直偏振激光变为水平偏振激光，然后经过所述斩波器斩波后通过所述衰减片进行功率调节，再经过所述二倍扩束器对高斯型光束进行扩束，此时，将所述衰减片的功率调节设为100mW；
[0018]S2：扩束后的高斯光束入射至加载了多光束相息图的所述反射式空间光调制器，通过软件加载不同调制深度的相息图对高斯型光束进行相位调制后，高斯型光束转变为多光束，再将所述反射式空间光调制器反射出的多光束经过聚焦透镜聚焦，接着经过BBO晶体倍频后产生二次谐波，二次谐波与原波长的波共线聚焦激发所述空气等离子体并产生太赫兹波，此时通过调节BBO晶体的刻度与角度以获得最佳的太赫兹波输出；
[0019]S3：产生的太赫兹波入射至所述第一离轴抛物面反射镜后被准直，经过所述硅片和所述长通太赫兹滤波器将除太赫兹波以外的杂散光过滤掉，再由所述第二抛物面镜反射镜收集并重新聚焦，此时，使用所述高莱探测器探测太赫兹波强度，用所述CCD相机记录等离子体通道的荧光图像。
[0020]本专利技术提供的多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的系统和方法，与现有技术相比，通过改变不同调制深度的多光束的相息图，使高斯型光束转化为不同调制深度的多光束以激发空气等离子体，通过不同的调制深度使等离子体光丝的长度、位置和内部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的系统，其特征在于，包括依次设置在光路上的激光器、光参量放大器、1200nm～1600nm的二分之一波片、斩波器、衰减片、二倍扩束器、反射式空间光调制器、反射镜、聚焦透镜、BBO晶体、空气等离子体、第一离轴抛物面反射镜、硅片、长通太赫兹滤波器、第二离轴抛物面反射镜和高莱探测器，其中：所述激光器发射波长为800nm、水平偏振的飞秒激光；所述飞秒激光经过所述光参量放大器被放大成波长从1200nm到1600nm连续可调的竖直偏振激光，再经过所述1200nm～1600nm的二分之一波片使所述竖直偏振激光变为水平偏振激光，再经过所述斩波器斩波后，通过所述衰减片调节其功率，然后再经过所述二倍扩束器对光束进行扩束后，入射至加载了多光束相息图的所述反射式空间光调制器，经过所述反射式空间光调制器相位调制后的光束由高斯型光束转变为多光束，其中，所述反射式空间光调制器的入射光束与反射光束之间的夹角小于20度；所述反射式空间光调制器以小于10度的小角度将所述多光束反射出后，依次经过所述反射镜的反射和所述聚焦透镜的聚焦后，再经过所述BBO晶体倍频产生二次谐波，所述二次谐波与原波长的波共线聚焦激发所述空气等离子体并产生太赫兹波；激发后的光束入射至所述第一离轴抛物面反射镜后被准直射出，再依次经过所述硅片和所述长通太赫兹滤波器将除太赫兹波以外的杂散光过滤掉，再经过所述第二抛物面镜反射镜收集并重新聚焦，最后由所述高莱探测器探测太赫兹波强度；其中，在所述空气等离子体处还设置有一CCD相机，用于记录等离子体通道的荧光图像。2.根据权利要求1所述的多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的系统，其特征在于，所述激光器为钛蓝宝石飞秒激光放大器，其发射水平偏振且中心波长为800nm的高斯分布飞秒激光脉冲。3.根据权利要求1所述的多光束激光电离空气调控太赫兹波强度的系统，其特征在于，所述光参量放大器输出的竖直偏振激光为波长在1200nm～1600nm可调的竖直偏振高斯飞秒激光脉冲。4.根据权利要求3所述的多光束激光电离空气调控太赫兹波强...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮亮，郑晓冉，吴若曦，赵海旭，杨博东，张存林，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：