CN113394647B - 一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，激光发生装置发出入射激光脉冲，入射激光脉冲经过脉宽和能量调节装置进行脉冲调节和能量调节后分成两束激光：一束作为探测激光经过探测激光路的时间延迟并聚焦到达太赫兹探测器；一束作为泵浦激光进入具有线高压装置的泵浦激光路后形成等离子体通道，具有线高压装置的泵浦激光路对等离子体通道不同位置加载电场，等离子体通道辐射出太赫兹波经聚焦后到达太赫兹探测器；通过线高压装置对等离子体通道不同位置加载电场，从而对太赫兹波相位进行调控，制作工艺简单，成本较低，在太赫兹波的辐射源头进行调控，对太赫兹波相位调控具精准，调控效果较好。

Description

一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***

技术领域

本发明涉及太赫兹波相位调控技术领域，具体涉及一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***。

背景技术

太赫兹波(THz)是频率范围为0.1-10THz的电磁波，在电磁频谱的微波和红外区域之间架起了桥梁；在过去20年里引起人们越来越多的关注。

近年来，随着飞秒激光技术以及有效的光谱表征技术(如太赫兹时域光谱技术)的发展，太赫兹波技术在传感、成像﹑光谱、安全检查和通信方面展现出巨大的优势和应用前景。然而，太赫兹波技术不仅需要太赫兹源和太赫兹探测器，还需要对太赫兹波的传输以及相位等参数进行调控。

现有的太赫兹波相位调控方案多是使用调制器件，太赫兹相位调制器件诸如基于超表面单元的相位调控器、扭曲向列相液晶太赫兹相位调制器等，这些调制器制作工艺复杂且成本极高。

发明内容

为解决现有的太赫兹波相位使用调制器件调控的方案，如基于超表面单元的相位调控器、扭曲向列相液晶太赫兹相位调制器等，其调制器制作工艺复杂且成本极高的问题，本发明提供一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***来解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，包括：激光发生装置、脉宽和能量调节装置、探测激光路、具有线高压装置的泵浦激光路和太赫兹探测器；

所述激光发生装置发出入射激光脉冲，入射激光脉冲经过脉宽和能量调节装置进行脉冲调节和能量调节后分成两束激光：

一束作为探测激光经过探测激光路的时间延迟并聚焦到达太赫兹探测器；

一束作为泵浦激光进入具有线高压装置的泵浦激光路后形成等离子体通道，具有线高压装置的泵浦激光路对等离子体通道不同位置加载电场，等离子体通道辐射出太赫兹波经聚焦后到达太赫兹探测器。

本方案工作原理：现有的太赫兹波相位调控时通常使用各种调制器件，如基于超表面单元的相位调控器、扭曲向列相液晶太赫兹相位调制器等，其调制器制作工艺复杂且需要的材料稀有，成本极高；本方案提供的基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，通过在产生太赫兹波的泵浦激光路设置线高压装置，对等离子体通道不同位置加载电场，从而对太赫兹波相位进行调控，制作工艺简单，成本较低，且在对太赫兹波的辐射源头进行调控，对太赫兹波相位调控具精准，调控效果较好。

进一步优化方案为，所述脉宽和能量调节装置包括：光栅对、1/2波片、第一反射镜和第二反射镜，所述激光发生装置发出的入射激光脉冲先经过光栅对改变激光脉宽后，再经过1/2波片后到达第一反射镜，经第一反射镜的布儒斯特角反射后到达第二反射镜，经第二反射镜的布儒斯特角反射后分成两束激光。

进一步优化方案为，还包括分束镜，经第二反射镜90°反射后的入射激光脉冲经分束镜分为探测激光和泵浦激光。

进一步优化方案为，所述探测激光路包括时间延迟光路和第一聚焦光路；

所述时间延迟装置由多个反射镜构成，探测激光经过多个反射镜反射后延时到达聚焦光路；聚焦光路由反射镜和透镜构成，探测激光经反射镜反射至透镜，由透镜进行聚焦到太赫兹探测器。

进一步优化方案为，所述时间延迟光路包括：第三反射镜、第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜；

探测激光经第三反射镜90°反射后到达第四反射镜，经第四反射镜90°反射后到达第五反射镜，经第五反射镜90°反射后到达第六反射镜，经第六反射镜90°反射后到达聚焦光路；

所述聚焦光路包括第七反射镜和第一透镜，探测激光经过第七反射镜90°反射后到达第一透镜，经透镜进行聚焦到太赫兹探测器。

进一步优化方案为，所述具有线高压装置的泵浦激光路包括：第二聚焦光路、线高压装置和第三聚焦光路；

泵浦激光经第二聚焦光路聚焦形成长度为厘米量级的等离子体通道穿过线高压装置，线高压装置在等离子体通道上加载匀强电场，加载了匀强电场中的等离子体通道辐射出宽带的太赫兹波，太赫兹波经过第三聚焦光路聚焦到太赫兹探测器上。

进一步优化方案为，所述第二聚焦光路包括第八反射镜和第二透镜，泵浦激光经第八反射镜90°反射后到达第二透镜，经第二透镜聚焦形成长度为厘米量级的等离子体通道；

所述线高压装置包括：第一电极、第二电极和电控滑块，所述第一电极接地，第一电极与第二电极之间形成直流匀强电场加载在等离子体通道上；

电控滑块调节直流匀强电场在等离子体通道上的加载位置；

所述第三聚焦光路包括第九反射镜和第三透镜，加载了直流匀强电场的等离子体通道辐射出宽带的太赫兹波，太赫兹波经第九反射镜90°反射后到达第三透镜，经第三透镜聚焦到太赫兹探测器。

进一步优化方案为，第一电极和第二电极均与所述电控滑块连接，电控滑块驱动第一电极和第二电极同步沿等离子体通道移动。

进一步优化方案为，所述第一电极与第二电极均采用铜片电极。

进一步优化方案为，所述激光发生装置发出入射激光脉冲为单色激光脉冲，所述入射激光脉冲的重复频率为1kHz、脉宽为200ps、能量为6.8mJ。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，通过在产生太赫兹波的泵浦激光路设置线高压装置，对等离子体通道不同位置加载电场，从而对太赫兹波相位进行调控，制作工艺简单，成本较低，且在辐射太赫兹波的点源所在的位置进行调控，提高对太赫兹波相位调控具精准，调控效果较好。

2、本发明一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，通过脉宽和能量调节装置实现泵浦激光的能量连续可调，而且光束质量和脉宽的变化较小。

3、本发明一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，在辐射太赫兹波的点源所在的位置进行调控，产生的太赫兹波的介质无损伤阈值的限制，且产生的太赫兹辐射的强度较高。

4、本发明一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，太赫兹波的探测属于相干探测，可以及时获得时域、频域和相位的信息。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***结构示意图。

附图标记及对应的零部件名称：

1-激光发生装置，2-脉宽和能量调节装置，21-光栅对，22-1/2波片，23-第一反射镜，24-第二反射镜，3-探测激光路，31-第三反射镜，32-第四反射镜，33-第五反射镜，34-第六反射镜，35-第七反射镜，36-第一透镜，4-泵浦激光路，41-第八反射镜，42-第二透镜，43-第一电极，44-第二电极，45-电控滑块，46-第九反射镜，47-第三透镜，5-太赫兹探测器，6-分束镜。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，包括：激光发生装置1、脉宽和能量调节装置2、探测激光路3、具有线高压装置的泵浦激光路4和太赫兹探测器5；

所述激光发生装置1发出入射激光脉冲，入射激光脉冲经过脉宽和能量调节装置2进行脉冲调节和能量调节后分成两束激光：

一束作为探测激光经过探测激光路3的时间延迟并聚焦后到达太赫兹探测器5；

一束作为泵浦激光进入具有线高压装置的泵浦激光路4后形成等离子体通道，具有线高压装置的泵浦激光路4对等离子体通道不同位置加载电场，等离子体通道辐射出太赫兹波经聚焦后到达太赫兹探测器5。

所述脉宽和能量调节装置2包括：光栅对21、1/2波片22、第一反射镜23和第二反射镜24，所述激光发生装置1发出的入射激光脉冲先经过光栅对21改变激光脉宽后，再经过1/2波片22后到达第一反射镜23，经第一反射镜23的的布儒斯特角反射后到达第二反射镜24，经第二反射镜24的的布儒斯特角反射后分成两束激光。

还包括分束镜6，经第二反射镜24的90°反射后的入射激光脉冲经分束镜6分为探测激光和泵浦激光。

入射激光脉冲为重复频率为1kHz、脉宽为40fs、能量为5mJ和中心波长为800nm，经分束镜6分为泵浦激光(如图中短划线所示)和探测激光(如图中长划线-点线所示)，泵浦激光为P偏振。

所述探测激光路3包括时间延迟光路和第一聚焦光路；

所述时间延迟装置由多个反射镜构成，探测激光经过多个反射镜反射后延时到达聚焦光路；聚焦光路由反射镜和透镜构成，探测激光经反射镜反射至透镜，由透镜进行聚焦到太赫兹探测器5。

所述时间延迟光路包括：第三反射镜31、第四反射镜32、第五反射镜33和第六反射镜34；

探测激光经第三反射镜31的90°反射后到达第四反射镜32，经第四反射镜32的90°反射后到达第五反射镜33，经第五反射镜33的90°反射后到达第六反射镜34，经第六反射镜34的90°反射后到达聚焦光路；

所述聚焦光路包括第七反射镜35和第一透镜36，探测激光经过第七反射镜35的90°反射后到达第一透镜36，经透镜进行聚焦到太赫兹探测器5。

所述具有线高压装置的泵浦激光路4包括：第二聚焦光路、线高压装置和第三聚焦光路；

泵浦激光经第二聚焦光路聚焦形成长度为厘米量级的等离子体通道穿过线高压装置，线高压装置在等离子体通道上加载匀强电场，加载了匀强电场中的等离子体通道辐射出宽带的太赫兹波，太赫兹波经过第三聚焦光路聚焦到太赫兹探测器5上。

所述第二聚焦光路包括第八反射镜41和第二透镜42，泵浦激光经第八反射镜41的90°反射后到达第二透镜42，经第二透镜42聚焦形成长度为厘米量级的等离子体通道；

所述线高压装置包括：第一电极43、第二电极44和电控滑块45，所述第一电极43接地，第一电极43与第二电极44之间形成直流匀强电场加载在等离子体通道上；

电控滑块45调节直流匀强电场在等离子体通道上的加载位置；

所述第三聚焦光路包括第九反射镜46和第三透镜47，加载了直流匀强电场的等离子体通道辐射出宽带的太赫兹波，太赫兹波经第九反射镜46的90°反射后到达第三透镜47，经第三透镜47聚焦到太赫兹探测器5。

第一电极43和第二电极44均与所述电控滑块45连接，电控滑块45驱动第一电极43和第二电极44同步沿等离子体通道移动；图中第一电极43和第二电极44水平方向移动(标记Z轴方向)

所述第一电极43与第二电极44均采用铜片电极；铜片电极宽度为3mm。

所述激光发生装置1发出入射激光脉冲为单色激光脉冲，所述入射激光脉冲的重复频率为1kHz、脉宽为200ps、能量为6.8mJ。

实施例2

基于上一实施例进行太赫兹波相位调控：

首先，通过光栅对改变泵浦激光的脉宽，通过自相关仪测量泵浦激光的脉冲宽带达到40fs左右；

通过一个1/2波片和两个以布儒斯特角入射的反射镜改变泵浦激光的输出能量，利用能量卡计测量泵浦激光的输出能量为5mJ左右。此时，泵浦脉冲的偏振态为y偏振，也就是沿着竖直的方向。线高压加载于等离子体通道中的方向为竖直方向，该方向与泵浦激光的偏振态相同。

在单色激光脉冲和等离子体通道上加载匀强电场的条件下，通过调节泵浦脉冲和探测脉冲之间的延时，以及优化太赫兹脉冲和泵浦激光脉冲之间的空间重合度，获得高信噪比的太赫兹波形。太赫兹脉冲的探测方法为电光取样的方法，或者是光电导天线。时域扫描泵浦激光和探测脉冲之间的延时，可以获得完整的太赫兹波形。测量得到的太赫兹波形经过傅里叶变换，即可得到太赫兹波的相位谱。

在固定泵浦激光脉冲的偏振、能量和脉宽的条件下，移动加载了匀强电场的铜片电极到等离子体通道头部之间的距离，其目的是改变匀强电场放大辐射太赫兹波的空间位置，进而达到调节太赫兹波相位的目的。

相位调控方式：定义第二透镜42的几何焦点附近的位置为零点(等离子体通道的尾部)，靠近第二透镜42的方向为Z轴的正方向(等离子体通道的头部。使用由第一电极43和第二电极44构成的线高压装置将匀强电场加载于等离子体通道上，沿着Z轴方向从零点处(等离子体通道尾部)向Z轴正向移动电控滑块45，即将匀强电场沿Z轴正向移动，从而对太赫兹波相位进行调控。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，其特征在于，包括：激光发生装置(1)、脉宽和能量调节装置(2)、探测激光路(3)、具有线高压装置的泵浦激光路(4)和太赫兹探测器(5)；

所述激光发生装置(1)发出入射激光脉冲，入射激光脉冲经过脉宽和能量调节装置(2)进行脉冲调节和能量调节后分成两束激光：

一束作为探测激光经过探测激光路(3)的时间延迟并聚焦到达太赫兹探测器(5)；

一束作为泵浦激光进入具有线高压装置的泵浦激光路(4)后形成等离子体通道，具有线高压装置的泵浦激光路(4)对等离子体通道不同位置加载电场，等离子体通道辐射出太赫兹波经聚焦后到达太赫兹探测器(5)；

所述线高压装置为两个电极形成的直流匀强电场，用于加载在等离子体通道上。

2.根据权利要求1所述的一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，其特征在于，所述脉宽和能量调节装置(2)包括：光栅对(21)、1/2波片(22)、第一反射镜(23)和第二反射镜(24)，所述激光发生装置(1)发出的入射激光脉冲先经过光栅对(21)改变激光脉宽后，再经过1/2波片(22)后到达第一反射镜(23)，经第一反射镜(23)的布儒斯特角反射后到达第二反射镜(24)，经第二反射镜(24)的布儒斯特角反射后分成两束激光。

3.根据权利要求2所述的一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，其特征在于，还包括分束镜(6)，经第二反射镜(24)90°反射后的入射激光脉冲经分束镜(6)分为探测激光和泵浦激光。

4.根据权利要求1所述的一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，其特征在于，所述探测激光路(3)包括时间延迟光路和第一聚焦光路；

所述时间延迟光路由多个反射镜构成，探测激光经过多个反射镜反射后延时到达第一聚焦光路；第一聚焦光路由反射镜和透镜构成，探测激光经反射镜反射至透镜，由透镜进行聚焦到太赫兹探测器(5)。

5.根据权利要求4所述的一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，其特征在于，所述时间延迟光路包括：第三反射镜(31)、第四反射镜(32)、第五反射镜(33)和第六反射镜(34)；

探测激光经第三反射镜(31)90°反射后到达第四反射镜(32)，经第四反射镜(32)90°反射后到达第五反射镜(33)，经第五反射镜(33)90°反射后到达第六反射镜(34)，经第六反射镜(34)90°反射后到达第一聚焦光路；

所述第一聚焦光路包括第七反射镜(35)和第一透镜(36)，探测激光经过第七反射镜(35)90°反射后到达第一透镜(36)，经透镜进行聚焦到太赫兹探测器(5)。

6.根据权利要求1所述的一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，其特征在于，所述具有线高压装置的泵浦激光路(4)包括：第二聚焦光路、线高压装置和第三聚焦光路；

泵浦激光经第二聚焦光路聚焦形成长度为厘米量级的等离子体通道穿过线高压装置，线高压装置在等离子体通道上加载匀强电场，加载了匀强电场中的等离子体通道辐射出宽带的太赫兹波，太赫兹波经过第三聚焦光路聚焦到太赫兹探测器(5)上。

7.根据权利要求6所述的一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，其特征在于，所述第二聚焦光路包括第八反射镜(41)和第二透镜(42)，泵浦激光经第八反射镜(41)90°反射后到达第二透镜(42)，经第二透镜(42)聚焦形成长度为厘米量级的等离子体通道；

所述线高压装置包括：第一电极(43)、第二电极(44)和电控滑块(45)，所述第一电极(43)接地，第一电极(43)与第二电极(44)之间形成直流匀强电场加载在等离子体通道上；

电控滑块(45)调节直流匀强电场在等离子体通道上的加载位置；

所述第三聚焦光路包括第九反射镜(46)和第三透镜(47)，加载了直流匀强电场的等离子体通道辐射出宽带的太赫兹波，太赫兹波经第九反射镜(46)90°反射后到达第三透镜(47)，经第三透镜(47)聚焦到太赫兹探测器(5)。

8.根据权利要求7所述的一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，其特征在于，第一电极(43)和第二电极(44)均与所述电控滑块(45)连接，电控滑块(45)驱动第一电极(43)和第二电极(44)同步沿等离子体通道移动。

9.根据权利要求8所述的一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，其特征在于，所述第一电极(43)与第二电极(44)均采用铜片电极。

10.根据权利要求1所述的一种基于线偏压位置的太赫兹波相位调控***，其特征在于，所述激光发生装置(1)发出入射激光脉冲为单色激光脉冲，所述入射激光脉冲的重复频率为1kHz、脉宽为200ps、能量为6.8mJ。

Images