【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所超強激光科學與技術全國重點實驗室研究團隊在高重頻空氣飛秒光絲太赫茲輻射脈沖空間特性及其調制研究方面取得進展，系統揭示重頻對激光光絲THz輻射空間指向特性的影響規律，提出外加直流電場的調控方法，實現了對高重頻THz輻射空間指向穩定性的顯著提升。相關研究結果以“Spatial characteristics and modulation of terahertz pulse from femtosecond laser air filament at high repetition rates”為題發表于Optics & Laser Technology。
近年來，高重復頻率超快強激光技術快速發展，高重頻下激光光絲存在顯著的空間指向抖動問題，這一核心技術瓶頸限制了基于光絲的太赫茲源的應用，已成為當前該領域亟待突破的關鍵挑戰。為系統研究激光重復頻率對光絲太赫茲輻射的空間指向特性影響，本研究通過光絲輻射THz光斑直接成像技術結合統計學分析方法，對THz輻射的空間指向穩定性進行定量化評估。實驗結果清晰表明：隨著激光重復頻率的升高，光絲輻射的THz空間指向分布范圍呈現明顯擴張趨勢，光束空間指向的穩定性持續下降。上述現象的根源在于高重頻飛秒激光成絲過程脈沖累加的熱致擾動。
針對上述問題，本研究提出在光絲形成區域施加外部直流電場，實現了對THz輻射空間指向穩定性的顯著提升。外部直流電場通過庫侖作用顯著抑制等離子體中電子和離子的復合過程，減少了復合熱能釋放量，從而削弱空氣湍流的產生強度與累積效應，從根源上降低高重頻光絲脈沖累加熱致湍流對光絲傳播及THz輻射指向的干擾。本研究為構建穩定的高重頻寬帶THz源奠定了技術基礎，有望推動高重頻THz技術在高精度無損檢測、動態生物成像、高速THz通信等方面的應用。
相關研究得到國家自然科學基金、上海市科技計劃、中國科學院國際合作重點項目等資助。
圖1 不同重復頻率下的光絲產生太赫茲光束指向分布云圖。(a)200Hz，(b)250Hz，(c)500Hz，(d)1000Hz；(e)光束指向平均偏差距離(藍色實線)和其誤差(藍色陰影)隨激光重復頻率變化的函數。
圖2 不同重頻下光絲產生太赫茲指向抖動隨外加直流電場電壓的變化關系：(a)200 Hz，(b)250 Hz，(c)500 Hz，(d)1000 Hz；(e)有無外加直流電場下1000Hz光絲產生太赫茲輻射的指向分布；(f)光絲產生太赫茲指向抖動降低率。
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