基于极性分子等离子体的太赫兹波辐射与调控特性研究

Plasma formed by strong field interactions between intense laser and atoms or molecules, can generate intense terahertz (THz) wave. Thanks to the intrinsic dipole moment and the rotational transitions of polar molecules, it provides new methods on generating and manipulating the plasma-based THz waves. In this project, we focus on the relationships between polar molecule formed plasma and THz waves: (1) to reveal the influence of intrinsic dipole moment on the THz generation process by studying the emission and absorption from the polar molecule-formed plasma; (2) to realize the THz frequency combs at the rotational revival moments via the coherence between different rotational states; (3) to seek the enhancement and manipulation methods via the stimulated Raman scattering process. This research allows us not only to gain the further understanding on the strong field interaction of polar molecule dynamics, but also to develop the THz manipulation methods based on polar molecule-formed plasma.

原子或分子在强激光场作用下，会电离形成等离子体并对外辐射相干的强太赫兹波。极性分子由于具有内禀偶极矩及转动跃迁等特性，对太赫兹波的辐射与吸收具有重要作用。本项目面向新型太赫兹源及调控技术需求，针对极性分子等离子体与太赫兹波之间的关系开展研究。主要研究内容包括: (1)通过对极性分子等离子体的太赫兹波辐射以及吸收特性进行研究，揭示极性分子内禀偶极矩在等离子体的太赫兹产生过程中的作用; (2)通过激光激发分子转动波包的相干性，实现分子转动波包重现时刻的太赫兹光频梳产生; (3)通过极性分子等离子体中的受激拉曼效应，探索太赫兹辐射增强与调控方法。本研究将有助于加深对强场下极性分子动力学过程的理解，为基于等离子体的太赫兹调控手段提供技术支撑，具有重要的研究价值。

原子或分子在强激光场作用下，会电离形成等离子体并产生相干的太赫兹波辐射。基于等离子体的太赫兹波产生与调控研究工作主要集中在原子或非极性分子上，而较少关注分子的种类、分子是否具有极性。极性分子的转动跃迁能级处在太赫兹波段范围，应对该波段具备吸收及辐射特性。本项目围绕激光电离极性分子形成等离子体的太赫兹辐射产生及调控性质开展研究工作。在项目的资助下，项目组通过理论和实验相结合的方式，开展了下列研究并取得成果：（1）发现了等离子体环境下极性分子对太赫兹波的转动跃迁吸收增强现象，表明激光电离产生的非平衡冷等离子体环境下存在的碰撞行为可导致分子的转动跃迁；（2）稀薄条件下分子的太赫兹辐射产生与其角向电离特性有关，并且辐射的太赫兹强度所对应的双色激光场最优相位具有稳定特性，可实现对于电子在阿秒量级的超快动力学标定；（3）开展了基于光电混合的太赫兹辐射产生与调控，发现当存在电激发载流子时可有效降低对光强的依赖；（4）理论研究了激光辐照以及特定频率强太赫兹波作用下，极性分子的转动再布局特性，提出了通过极性分子转动导致太赫兹波辐射的增强与调控方法和通过极性分子转动跃迁获得太赫兹光频梳的方案。本项目从极性分子、等离子体、飞秒激光以及太赫兹波之间的相互作用角度出发，加深了对强场下物质超快动力学过程的理解，为基于等离子体的太赫兹产生和调控手段提供新思路新途径，具有一定的研究意义和价值。