利用空气等离子体对脉冲太赫兹波进行偏振探测的研究

超强激光诱导的空气等离子体作为脉冲太赫兹波的探测介质，具有无损伤阈值、无反射回波以及无声子吸收的优势，可实现超宽频带光谱测量。现有探测方法是通过四波混频的逆过程，测量太赫兹波场诱导产生二次谐波的强度，没能反映太赫兹波的偏振态。本项目拟通过同步测量二次谐波在两个垂直方向上的电场分量，对超宽频带脉冲太赫兹波的偏振特性进行研究。与空气等离子体产生太赫兹波的偏振态可控技术相结合，发展全空气全光学的偏振可测的时域光谱技术。探索不同偏振态，尤其是圆偏振脉冲太赫兹波与双折射材料相互作用后偏振态的转换规律。并对各向异性生物组织展开初步的偏振光谱研究，以期根据太赫兹波偏振变化来辨别不同种类、不同健康状态的组织结构，尤其是正常组织和病变组织，为生物医学诊断提供有效的分析手段。

太赫兹波（THz：频率从0.1THz到10THz的电磁波）与电磁波谱中与之相邻的红外和微波相比，具有光子能量低、穿透性强、频谱覆盖有机和生物大分子的分子间振动和转动能级等特性，能够发掘全新的光谱分析和检测技术，从而实现在材料特性、微电子、医学诊断、环境监控、化工和生物识别等诸多方面的应用。太赫兹波的偏振态不仅提供其产生机制的重要信息，与物质相互作用后偏振态的变化更反映了被测物的内部结构特征。近年来，各向异性物质在太赫兹波段的偏振特性备受关注，目前此方面研究，均是基于电光取样探测技术测量太赫兹波的偏振态，并没有实现超宽频带的光谱分析。. 本项目拟开展利用空气等离子体对脉冲太赫兹波进行偏振探测的研究，通过同步测量太赫兹电场诱导的二次谐波在两个垂直方向的强度分量，提取太赫兹波的偏振方向。并对两个强度分量做差值处理，消除可见光漂移所带来的背景噪声，提高光谱系统的动态范围（测量信号与背景噪声均方根的比值）。主要内容包括：从超宽频带的角度，进一步分析空气等离子体产生太赫兹波的偏振态；研究（椭）圆偏振太赫兹波与双折射晶体作用后的偏振态变化；以及分析比较结构不同的生物组织对太赫兹波的偏振响应。. 取得的研究成果包括利用控制BBO晶体与空气等离子体之间的相对距离来实现太赫兹波的偏振态可控。与传统的单一偏振的太赫兹波成像相比，偏振可控成像可以提取样品引起太赫兹波偏振方向改变的偏转量，获得样品更多的内部信息；太赫兹波的频谱宽度随泵浦光能量增加而变窄，中心频率向低频移动，飞秒激光光丝中间处产生的太赫兹波的频谱宽度最大；太赫兹频谱宽度随探测光功率的增加、偏置电压的增加而变宽；圆偏振脉冲单周期太赫兹波为具有螺旋结构的生物大分子等物质内部结构的研究提供了特殊光源，与物质相互作用后可以反映物质内部的独特性质，可用于对各向异性材料，例如双折射晶体、具有纤维取向的生物组织等，进行偏振相关的太赫兹波超宽频带光谱研究及结构识别。. 如果实现利用空气等离子体对太赫兹波进行偏振探测，可以使全空气全光学的时域光谱技术完全取代传统方法，其超宽的频谱范围为材料的光谱分析提供丰富的信息，并根据对太赫兹波偏振态的不同响应，来识别不同的分子结构，尤其是病变和正常的生物组织等。此技术对材料的光谱分析具有重大意义。