圖1?不同重復(fù)頻率下的光絲產(chǎn)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(lán)色實(shí)線)和其誤差(藍(lán)色陰影)隨激光重復(fù)頻率變化的函數(shù)。

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所超強(qiáng)激光科學(xué)與技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在高重頻空氣飛秒光絲太赫茲輻射脈沖空間特性及其調(diào)制研究方面取得進(jìn)展，系統(tǒng)揭示重頻對激光光絲THz輻射空間指向特性的影響規(guī)律，提出外加直流電場的調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)了對高重頻THz輻射空間指向穩(wěn)定性的顯著提升。相關(guān)研究結(jié)果以“Spatial characteristics and modulation of terahertz pulse from femtosecond laser air filament at high repetition rates”為題發(fā)表于Optics & Laser Technology。

近年來，高重復(fù)頻率超快強(qiáng)激光技術(shù)快速發(fā)展，高重頻下激光光絲存在顯著的空間指向抖動(dòng)問題，這一核心技術(shù)瓶頸限制了基于光絲的太赫茲源的應(yīng)用，已成為當(dāng)前該領(lǐng)域亟待突破的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。為系統(tǒng)研究激光重復(fù)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(shù)結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，對THz輻射的空間指向穩(wěn)定性進(jìn)行定量化評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰表明：隨著激光重復(fù)頻率的升高，光絲輻射的THz空間指向分布范圍呈現(xiàn)明顯擴(kuò)張趨勢，光束空間指向的穩(wěn)定性持續(xù)下降。上述現(xiàn)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(dòng)。

圖2 不同重頻下光絲產(chǎn)生太赫茲指向抖動(dòng)隨外加直流電場電壓的變化關(guān)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(chǎn)生太赫茲輻射的指向分布;(f)光絲產(chǎn)生太赫茲指向抖動(dòng)降低率。

針對上述問題，本研究提出在光絲形成區(qū)域施加外部直流電場，實(shí)現(xiàn)了對THz輻射空間指向穩(wěn)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(fù)合過程，減少了復(fù)合熱能釋放量，從而削弱空氣湍流的產(chǎn)生強(qiáng)度與累積效應(yīng)，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(gòu)建穩(wěn)定的高重頻寬帶THz源奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，有望推動(dòng)高重頻THz技術(shù)在高精度無損檢測、動(dòng)態(tài)生物成像、高速THz通信等方面的應(yīng)用。

相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金、上海市科技計(jì)劃、中國科學(xué)院國際合作重點(diǎn)項(xiàng)目等資助。

審核編輯 黃宇