基于飞秒脉冲整形的太赫兹时频域精密控制

The terahertz radiation has broad application prospect in field of biological and medical imaging, molecular spectroscopy, security inspection and so on. For some special applications, such as remote sensing and terahertz coherent control, it is crucial to generate the intensity, arbitrarily shaped and tunable terahertz radiation. Recently, the researchers use the femtosecond laser's fundamental and its second harmonic pulses to excite gas plasma which emits the intense terahertz radiation. But, the precisely control in time and frequency domain of this intense and broadband-frequency terahertz radiation generated in the two-color scheme is an important problem which need to be solved. In our project, the shaped terahertz pulse generation in the two-color scheme is studied by making using of the femtosecond pulse shaping technique. By combing the phase, polarization states modulation and the parameters control of the two-color femtosecond laser, the shaped and tunable terahertz pulses can be obtained in experiment. Furthermore, the physical mechanism of the shaped terahertz pulse generation in the two-color scheme is studied theoretically. The accomplishment of this project has potential applications on the ultra-fast laser spectrum, intense field physics, terahertz science and other related fields.

太赫兹辐射在生物和医学成像，分子光谱学以及安检等诸多领域具有广阔的应用前景。在一些重要的应用领域，例如遥感成像以及相干控制等方面，需要超高强度并且频谱可调谐的任意波形的太赫兹脉冲。目前，研究人员已经能够利用飞秒激光及其倍频激光激发气体等离子体向外辐射强太赫兹脉冲。但是这种双色场机制所产生的高强度和宽带的太赫兹辐射的时频域精密控制是一个亟待解决的问题。本项目拟利用飞秒脉冲整形技术研究双色场机制中整形的太赫兹脉冲产生。实验上通过相位和偏振态调制结合双色场参数的控制实现可调谐和任意波形的太赫兹脉冲产生。理论上进一步研究双色场机制中的整形太赫兹脉冲产生机制。该项目的完成将在超快激光光谱学，强场物理以及太赫兹科学等相关领域具有重要的应用价值。

太赫兹辐射（Terahertz Radiation）在分子光谱学、生物医学成像以及城市安检等领域具有重要的应用前景。为了能够满足上述相关领域的科学与应用的需求，这就需要超高辐射强度以及超宽频谱的太赫兹脉冲。在目前主流的几种太赫兹产生方案中，激光和空气等离子相互作用能够向外发射超强超宽频谱（0-200 THz）的太赫兹辐射，从而引起了研究人员的广泛关注。但是在该技术中，有两方面的问题亟待解决，一是该方案中强太赫兹辐射产生的物理机制以及如何进一步提高太赫兹辐射的强度，二是如何实现如此超宽频谱的太赫兹脉冲的时频域精密控制。.本项目重点研究了这两方面的问题。我们首先通过前期发展的光电流模型研究了传统的双色场机制中，激光的波长对太赫兹辐射强度的影响，我们发现采用靠近中红外波段的长波激光能够进一步提高太赫兹辐射的强度，并通过将光电流模型进一步离散化分析，很好的说明了其中的物理机制。.然后在本项目中，我们进一步发展了双色场方案，通过利用长波长的激光，构造了非谐波的三色激光场，得到了高频部分增强的太赫兹辐射以及实现了太赫兹频谱的调谐。在此基础之上，我们进一步提出了太赫兹辐射产生的多色场方案，该方案将更多波段的激光引入到太赫兹辐射产生中，这进一步的拓展了激光等离子体的太赫兹产生机制中激光场的可选择范围，并相比传统的双色场机制得到了更强以及可调谐的太赫兹辐射。.最后，基于脉冲整形技术，我们利用两种相位调制方法产生了周期性的太赫兹频谱以及时域上连续可调的太赫兹脉冲串，实现了对空气等离子中超强宽带的太赫兹辐射的精密控制。本项目的完成为超快激光光谱学，强场物理以及太赫兹科学等领域的研究提供了重要的理论依据以及应用前景。