[发明专利]差频太赫兹脉冲整形方法及其整形系统

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，是基于光学差频过程对太赫兹波形进行控制， 通过脉冲整形技术产生需要的太赫兹脉冲序列。

背景技术

目前，产生任意可控波形的太赫兹脉冲的方法主要有三种：一、直接产生 任意波形的太赫兹脉冲，但到目前为止，还没有任何一种装置能够根据需要产 生任意的波形太赫兹脉冲。二、根据所需太赫兹脉冲的波形来设计阵列形式的 光导天线，根据波形控制的要求对每个光导天线施加不同的偏压以控制光导天 线光电流的空间分布，这样经过叠加来控制所产生的太赫兹辐射的波形，但是 用这种办法通常会造成较大的功率损失。三、光整流效应的太赫兹脉冲整形也 就是首先对激发太赫兹辐射的光脉冲进行整形，用整形后的光脉冲激发太赫兹 辐射。

上述基于光电导天线和光整流效应的太赫兹脉冲整形缺陷是：虽然可以实 现对太赫兹脉冲的波形和脉宽进行调制，但无法对太赫兹脉冲的电场极化方向 加以控制，无法满足化学反应动力学过程和太赫兹通讯对太赫兹的波形的要求。

近年来随着激光脉冲整形技术的发展，几乎可以产生任意形状的超短光脉 冲序列。所谓的激光脉冲整形技术是将飞秒激光器产生的超短激光脉冲经过激 光脉冲整形装置实现输出激光脉冲波形和脉冲间隔的可编程控制。因此，用这 种方法进行太赫兹脉冲的整形具有较大的灵活性。在目前发展起来的用光学方 法产生宽频带太赫兹脉冲的方法中，无论是光导天线还是光整流产生太赫兹辐 射，太赫兹辐射的强度都正比于光电流对时间的二阶导数，因此，通过激光脉 冲整形技术控制激发脉冲的波形完全可以实现对太赫兹脉冲波形的控制，但是 无法实现太赫兹电场极化方向的调制。

发明内容

本发明为解决现有太赫兹脉冲整形方法无法实现太赫兹电场极化方向调制 的技术问题，提供一种基于差频的太赫兹脉冲整形方法。

本发明同时提供一种实施上述方法的整形系统。

为实现上述目的，本发明的差频太赫兹脉冲整形方法是：

第一步：利用现有激光脉冲整形装置实现超短激光脉冲的可编程整形，在 整形过程中采用可编程控制空间光调制器对超短激光脉冲的空间分布进行振幅 调制和相位调制，并合成新的时域激光脉冲序列；

第二步：将两列经过上述变换整形装置的激光脉冲调整为偏振方向相互垂 直，然后在非线性晶体中叠加，经过差频产生太赫兹波。

第三步：通过控制两列偏振方向互相垂直的激光脉冲的波形和相位，来控 制所产生太赫兹脉冲的波形和电场极化方向，并对所产生太赫兹辐射的波形和 偏振方向进行检测。

本发明进一步的整形步骤为：

第一步：将飞秒激光器产生的超短激光脉冲经过一光栅衍射和透镜汇聚后， 在透镜的后焦面上用可编程控制空间光调制器对光场进行振幅和相位调制，实 现激光脉冲波形的可编程控制；再经过另一透镜和光栅反向变换后合成新的时 域激光脉冲序列。

第二步：将两列经过第一步整形的相同激光脉冲序列通过λ/2波片调整为偏 振方向相互垂直，再通过一个起偏分束器合成一列汇聚到非线性晶体上，然后 在非线性晶体中叠加，经过差频产生太赫兹波。

第三步：利用激光脉冲整形装置中的调制器调整入射激光脉冲的波形，利 用λ/2波片调整入射激光脉冲的偏振方向，通过控制两列偏振方向互相垂直的激 光脉冲的波形和相位，来控制所产生太赫兹脉冲的波形和电场极化方向，并对 所产生太赫兹辐射的波形和偏振方向进行检测。

为实现上述方法，本发明提供一种差频太赫兹脉冲整形系统，该系统由以 下元器件组成：飞秒激光器、起偏分束器、激光脉冲时空变换整形装置、λ/2波 片、全反镜、半透半反镜、非线性晶体、THz探测装置和锁相放大器，上述元器 件的光路传输关系是：

从飞秒激光器中出射的激光脉冲经过一个起偏分束器分成偏振的两列激 光，一列作为泵浦光，一列作为探测光。泵浦光再经过一个起偏分束器分成两 列，这两列激光分别经过各自激光脉冲时空变换整形装置进行整形，将经过整 形后的两列激光脉冲分别通过λ/2波片调整为偏振方向相互垂直；两列整形偏振 方向垂直的激光再通过一个起偏分束器合成一列，会聚到非线性晶体中，通过 差频效应产生太赫兹脉冲；探测激光经过一个电控位移台(也叫精密电仪台) 实现时间延迟，入射到THz探测系统中探测太赫兹脉冲的波形。