CN103701028A - 基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源 - Google Patents

Abstract

本发明是基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源。这个装置结合目前双色相干调控等离子体产生太赫兹技术的高转化效率优势，关键是将高压等离子体产生技术与双色相关调控等离子体产生太赫兹技术相结合，其特点是大大降低了产生太赫兹的激光的脉冲能量阈值，提高了太赫兹源的重复频率，从而可以获得一个高重复频率，高强度，宽频域带宽的太赫兹发射。在一些同时需要高重复频率和高脉冲强度的场合，例入材料的太赫兹泵浦实验，太赫兹非线性光学实验等会有广泛的应用空间，同时可以提高现有太赫兹检测仪器的扫描时间，探测距离，信噪比等。因为对光源的单脉冲能量要求降低，该***可以与光纤脉冲激光兼容，从而进一步减小光源的体积，使得光源更加紧凑便携。

Description

基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源

技术领域

本发明涉及一种基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源。 

背景技术

太赫兹处在一个特殊的电磁波谱位置，使得它具有很多优越的特性，有非常重要的研究和应用价值。然而在太赫兹产生方面，尤其是高重复频率高强度的太赫兹源方面一直是个瓶颈，目前1MV/cm以上的太赫兹辐射仅能在同步辐射这样的大科学装置上实现。 现有的桌面上的太赫兹源装置可以分别实现高重复频率或者高脉冲能量，但是都不能兼得。如利用固体半导体材料产生太赫兹，可以获得10KV/cm的太赫兹强度，带宽约为0.5-5THz，其重复频率可达MHz量级。其缺陷在于发射效率由于固体材料的损伤阈值的限制等因素难以进一步提高；利用量子级联激光产生太赫兹，可获得较高的太赫兹发射能量，但是只能获得一个固定频率的太赫兹，不是一个宽带的太赫兹源；利用双色相干调控等离子体，可已突破固体中损伤阈值的限制，获得较高强度的太赫兹发射，但是需要激光单脉冲能量在mJ以上，去电离气体，产生等离子体，由于高脉冲能量的激光在重复频率上的限制，该方法所能得到的太赫兹频率局限在1 kHz左右。除了这三种方法外，还有些其它方法产生太赫兹发射，但是这些方法或多或少有其缺陷，所获得的太赫兹发射不能同时满足高重复频率，高强度，宽频域等特点，直接限制了太赫兹的推广应用。 

发明内容

为了克服上述各种方法的不足，同时结合各种方法的优势所在，本发明提供了一种新的基于激光双色相干调控等离子体的高重复频率高强度的宽带太赫兹源。和已有的用双色调控光强激光脉冲电离气体产生等离子体的方法不同，本发明将激光通过倍频晶体后聚焦在“现成的等离子体”处，利用基频光与倍频光对等离子体进行调控，从而产生太赫兹发射，而“现成的等离子体”可以通过加高电压等已有的方法产生。该方法结合了双色相干调控等离子体产生太赫兹的高转化效率的优点，又克服了需要高强度激光电离空气的不足，使得发射的太赫兹脉冲频率大幅提升。该装置发射的太赫兹具有高强度，高重复频率，宽频域带宽等特点，同时还具有结构紧凑，方便携带，能够适用于各种复杂的应用环境。 

附图说明

以下结合图1，图2对本发明做进一步说明： 

图1所示是太赫兹产生装置示意图。激光器（1）发射激光脉冲（2），激光通过透镜（3），倍频晶体（4）后，产生倍频光与基频光，然后聚焦在等离子（6）处，通过同步电路（11）控制激光和等离子体的同步，利用激光对等离子体的作用从而产生太赫兹发射（12）。 

图2所示是该等离子体源的单独示意图。其中3a,3b是两个电极（图1中的7a,7b），1是高压电源（图1中的9），2是水泵（图1中的10），4是等离子体（图1中的6）。 

具体实施方式： 

如图1所示，使用Coherent的Rega超快激光***作为激光光源（1），发射高重复频率，超快激光脉冲（重复频率>100KHz，脉冲宽度～100fs，脉冲能量>1uJ，800nm）（2），激光通过透镜（3）聚焦，经过一个β 相偏硼酸钡倍频晶体BBO（4）后，将会产生倍频光（400nm），然后与基频光一起聚焦在等离子体处（6），产生太赫兹发射（12）。

在此过程中将激光的同步触发口（13）与等离子体的控制装置（例如高压电源的触发）通过一个可调节的同步电路（11）连接起来，，从而控制激光脉冲输出和高压电脉冲的输出的时间，通过调节同步电路（11）的延迟，可以保证当激光到达等离子体处的时候，恰好电极之间输出一个高压电脉冲，产生等离子体。 

利用激光，等离子体源，循环冷却***以及同步电路的协调工作，即可以得到一个高重复频率，高强度，宽频域带宽的太赫兹发射。 

其中一种等离子体源是利用高压电源（9），在两个电极（5a,5b）之间加上高压，从而电离空气产生等离子体。其中8a,8b是两个接线端。利用一个循环水泵 （10）通过两个接口（7a,7b）与高压电极相连，通过不断循环蒸馏水，对高压电极进行冷却。 

Claims (7)

1.一种基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源，其特征是由高重复频率（>10kHz）飞秒激光源，倍频晶体，等离子体源和同步装置组成。

2.根据权利要求1所述的基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源，其特征是高重复频率飞秒激光和其通过倍频晶体产生的倍频光，不直接电离气体产生等离子体源，所以激光源的单脉冲能量可以低于气体电离阈值。

3.根据权利要求1所述的基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源，其特征是等离子体源可以通过高压电离气体等现有的等离子体方法产生。

4.根据权利要求1所述的基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源，其特征是高重复频率飞秒激光可以使用光纤激光器使仪器紧凑和小型化。

5.根据权利要求1所述的基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源，其特征是飞秒激光和等离子体源件可以通过同步装置调节同步。

6.根据权利要求1所述的基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源，其特征是产生高重复频率的紫外到太赫兹的宽带光谱。

7.根据权利要求1所述的基于双色相干调控等离子体的高重复频率高强度太赫兹源，其特征是等离子体源可以通过高压电离气体产生，并通过高压源和激光脉冲同步，同时作为太赫兹源的同步输出。

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