采用超短脉冲数字全息术对二维单脉冲太赫兹波场的空间和时间分布进行实时探测的研究

针对目前在太赫兹波探测研究的领域中，分别采用时间扫描或空间扫描的方式均不能同时获得二维单脉冲太赫兹波场的空间和时间分布的困难，本项目首次提出并研究采用超短脉冲数字全息术和记录中的复用技术，同时对二维单脉冲太赫兹波场的时间和空间分布，即E(x, y, t），进行具有飞秒级时间分辨率的实时探测的理论和技术。该研究利用全息术可以直接测量物波二维位相分布的特点，把目前常用的探测激光束经过晶体后偏振态的方法，改变为直接探测激光束经过晶体后位相的方法，可在实时测量单脉冲太赫兹波场时间分布的同时，直接获得二维太赫兹波场的空间分布，并具有飞秒量级的时间分辨率。因此该探测技术不但使同时获得二维单脉冲太赫兹波场的时间和空间分布成为可能，而且可直接应用于使用二维单脉冲太赫兹波对材料的瞬时损伤或结构相变等不可重复的超快过程进行的时域光谱的二维检测中，具有明显的应用前景。

本项目首次提出并研究采用超短脉冲数字全息术和记录中的复用技术，同时对二维单脉冲太赫兹波场的时间和空间分布，即E(x, y, t），进行具有飞秒级时间分辨率的实时探测的理论和技术。该研究利用全息术可以直接测量物波二维位相分布的特点，把目前常用的探测激光束经过晶体后偏振态的方法，改变为直接探测激光束经过晶体后位相的方法，可在实时测量单脉冲太赫兹波场时间分布的同时，直接获得二维太赫兹波场的空间分布，并具有飞秒量级的时间分辨率.在该项目的资助下，取得了一些重要的研究成果：1 利用脉冲数字全息技术并结合电光采样原理，对自由空间传输的单脉冲时空分布(3D)进行了研究，通过不同时间点采样的太赫兹信号被记录在复合全息图中，并最终重构出太赫兹的时空分布信息，重构结果飞秒量级的时间分辨率。该工作发表于Optics Letters (2011, 2737). 2 采用超快时间分辨的阴影图技术，对飞秒激光烧蚀透镜介质（石英玻璃）的超快动态过程进行了研究，生动地展示具有超高时间、空间分辨的透明介质内部的动态分布。实验观察到了在不同的激光照度下的石英外部的两次喷射和内部的两次应力波。特别地，在激光能流为40 J /cm2可观察到第三个应力波. 经过分析，三个应力波会不断减弱.该工作发表于Applied Physics Letters(2010, 061117). 3 将超快时间分辨的阴影图和全息图相结合，对强飞秒激光烧蚀金属铝的动态时空过程进行了探测和表征。在400nm和800nm探测下观察到的不同的条纹扭曲方向表明中性物质喷射的存在，这进一步说明了临界点分离机制在激光与物质相互作用过程中的重要性。该工作发表于Optics Letters(2011,124). 4 基于超快时空分辨的泵浦探测技术，对飞秒激光烧蚀石英玻璃的内部和外部的超快时空分布进行了研究和表征，观察到了多应力波的现象。利用数字全息技术，对烧蚀完成之后的微坑进行了测量并且观察到了高密度的石英玻璃。此外，理论计算表明激光产生的压力随着激光能量的增加而增加并且可达TPa, 这个工作发表于JOURNAL OF PHYSICS D: APPLIED PHYSICS (2011, 135202).