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光整流THz輻射的產(chǎn)生原理

光整流效應(yīng)產(chǎn)生 THz 的方法是一種常見的 THz 產(chǎn)生方法。在 20 世紀(jì)70 年代初，Yajima 以及 Yang 等人分別報(bào)道了利用光整流效應(yīng)在非線性晶體中輻射 THz。當(dāng)一束強(qiáng)激光在非線性介質(zhì)中傳播的時(shí)候，強(qiáng)光在介質(zhì)內(nèi)部通過(guò)差頻振蕩會(huì)產(chǎn)生一個(gè)恒定的電極化場(chǎng)，光整流效應(yīng)是一種二階非線性效應(yīng)，可以看作 Pockels 電光效應(yīng)的逆過(guò)程。利用光整流效應(yīng)產(chǎn)生 THz 的非線性晶體，一般選擇有 LN 晶體、ZnTe 晶體等閃鋅礦半導(dǎo)體。當(dāng)飛秒激光打在非線性晶體上，基于海森伯不確定原理，脈沖寬度為飛秒量級(jí)的脈沖激光包含有較寬的頻譜，在二階非線性過(guò)程中，這些不同頻率的光波差頻產(chǎn)生低頻的電磁脈沖，這就是 THz輻射。

波前傾斜強(qiáng)場(chǎng)太赫茲產(chǎn)生

上面的方法是較為普遍的產(chǎn)生 THz 的方法， 然而在人們對(duì)THz源不斷的研究發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，新的 THz 源也不斷的向?qū)掝l譜、脈沖能量大的方向發(fā)展。例如空氣法產(chǎn)生強(qiáng) THz，通過(guò)飛秒激光電離空氣，四波混頻產(chǎn)生的 THz 頻譜可達(dá)幾十THz。而 THz 峰值強(qiáng)度也可達(dá) MV/cm。2002 年 J. Hebling 等人提出利用波前傾斜的方法產(chǎn)生 THz，通過(guò)傾斜入射到切割好的 LN晶體上脈沖激光的波前，實(shí)現(xiàn)在THz出射方向上THz與飛秒激光的波速匹配，從而突破緊束縛條件的限制，激發(fā)出強(qiáng)的THz脈沖。如下圖所示：

波前傾斜強(qiáng)場(chǎng)太赫茲系統(tǒng)解決方案：Tera-AX

強(qiáng)場(chǎng)太赫茲時(shí)域光路圖

波前傾斜原理

一束波前傾斜的光束照射在特定切割角度的鈮酸鋰（LiNbO₃）晶體上產(chǎn)生太赫茲輻射，太赫茲光束（橙色）垂直于波前。當(dāng)太赫茲的波速和激發(fā)光波速相等時(shí)，相位匹配條件便達(dá)成，這需要精確恰當(dāng)?shù)牟ㄇ皟A斜角度γ。

那么如何傾斜波前呢？一般需要全息光柵來(lái)傾斜波前，激發(fā)光束照射以入射角α照射在光柵上，一級(jí)衍射光束出射角度?（取決于光柵常數(shù)），在這個(gè)角度下，寬光束兩邊光程發(fā)生變化，意味著等相位面（即波前）發(fā)生γ₂ ~ 70°的傾斜。

圖中綠色的線表示激發(fā)光波前傾斜角度，透鏡將入射光束光斑成像在LiNbO₃晶體上，并且將光斑縮小了1/2，所以入射面處的傾斜角度γ₁也不同于光柵面出的傾斜角γ₂，與此同時(shí)，由于LiNbO₃內(nèi)部光波速度變慢，所以鈮酸鋰晶體內(nèi)部?jī)A斜角度γ也不同于晶體外傾斜角度γ₁。

實(shí)際光路原理圖

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