天津大学精密仪器与光电子工程学院太赫兹研究中心, 天津 300072
电磁波传播过程中的等离子诱导透明效应以其强烈的色散特性在慢光器件、光动态存储器件、高灵敏度传感器等方面有着广泛的应用前景,而亚波长周期超表面成为了实现此效应常用的手段之一。如何有效调控由亚波长周期超表面与外场相互作用而产生的等离子诱导透明效应则成为了研究的热点。采用太赫兹时域光谱技术对放置在平行平板波导中的等离子诱导透明超表面进行了系统研究。在外部横电模式的激励下,通过改变超表面的结构参数,在理论和实验上实现了基于平行平板波导-超表面系统的等离子诱导透明效应的有效调控。另外,还通过表面电流和电场绝对值分布的模拟对等离子诱导透明效应调控背后的机制进行了探究。所得结果可以为基于等离子诱导透明效应的可调控电磁器件的设计提供一种新的思路。
光谱学 太赫兹技术 平行平板波导 亚波长周期超表面 等离子诱导透明效应 中国激光
2021, 48(19): 1914005
Author Affiliations
Abstract
1 Center for Terahertz Waves and College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering, Key Laboratory of Opto-electronics Information and Technical Science, Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 School of Electrical and Computer Engineering, Oklahoma State University, Stillwater, Oklahoma 74078, USA
Surface waves (SWs) are a special form of electromagnetic waves that travel along the boundary between a metal and a dielectric. The special optical properties of SWs render them very attractive in applications, such as subdiffractional lithography, novel biochemical sensors, and ultrafast integrated circuitries. Herein, we present a review of our recent progress in excitation and manipulation of terahertz SWs due to interference or coupling between a pair of slit resonators in metasurfaces, showing the ability to devise ultrathin and compact plasmonic components.
240.6680 Surface plasmons 160.3918 Metamaterials Chinese Optics Letters
2018, 16(5): 050002
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术教育部重点实验室,天津 300072
2 中国空间技术研究院 钱学森空间技术实验室,北京 100094
利用飞秒激光在充氩气的Kagome结构空芯光子晶体光纤中产生了高亮度宽带的超连续光谱. 通过改变填充气体的气压以及输入激光的单脉冲能量可以对产生的超连续光谱进行控制. 利用中心波长980 nm的飞秒脉冲作为抽运获得了光谱范围覆盖340~1 550 nm的宽带超连续光谱. 通过基于载波的单向脉冲传输方程研究了超短脉冲在充氩气的Kagome光纤中产生超连续光谱的动力学过程.
超连续光谱 高阶孤子 充气光纤 光子晶体光纤 supercontinuum high order soliton gas-filled fiber photonic crystal fiber
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室， 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
从理论和实验两方面研究了调控抽运脉冲的时、空啁啾特性对于波面倾斜法产生太赫兹波输出效率的影响。实验和数值模拟证明：对于附加时间啁啾情况，当附加正时间啁啾时，太赫兹波输出效率与附加啁啾量呈非线性关系，并具有最佳值；当附加负时间啁啾时，太赫兹输出效率与附加啁啾量呈线性反比关系。对于附加空间啁啾情况，不论附加空间啁啾的大小和符号如何，都会降低太赫兹波的输出效率，并且随着空间啁啾量的增加而快速下降。这些结果对基于波面倾斜法产生超快太赫兹波系统的优化和调控具有指导意义。
物理光学 超快太赫兹波 转换效率 时间啁啾 空间啁啾 光学整流 光学学报
2016, 36(10): 1026019
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室， 光电信息技术教育部重点实验室， 天津 300072
光学整流效应是产生宽带太赫兹波最有效的手段之一，基于光学整流效应产生太赫兹波的方法主要依靠抽运光与非线性晶体之间的相互作用。分别以5 mm的磷化镓（GaP）块状晶体和6 mm的GaP波导结构作为太赫兹波发射晶体，对具有相同功率的贝塞尔光束中心光斑和高斯光束的光学整流效率进行了对比研究。实验结果表明，在GaP块状晶体中，贝塞尔光束的光学整流效率是高斯光束的2.04倍；波导的特殊结构可以使抽运光和太赫兹波之间实现严格的相位匹配，贝塞尔光束的相对效率增加为3.46倍。两种抽运光产生的太赫兹波场均具有高斯分布特性，且贝塞尔光束产生的太赫兹波频谱具有明显的红移特征。贝塞尔光束能够提高光学整流效率，有助于实现高功率、紧凑型的太赫兹源，对推广太赫兹波的应用有显著意义。
物理光学 太赫兹波 光学整流 贝塞尔光束 磷化镓 光学学报
2016, 36(10): 1026010
1 中国电子科技集团公司第三十八研究所微波光子学中心, 安徽 合肥 230088
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
二氧化钒薄膜在光的照射下, 会从绝缘体相变为金属, 伴随有电导率的剧变, 该现象称之为光致绝缘体-金属相变。 二氧化钒薄膜的这种相变对于太赫兹波段的调制器或者其他功能器件有重要应用。 利用太赫兹时域光谱技术研究了二氧化钒薄膜光致绝缘体-金属相变前后的透射光谱变化, 分析了该薄膜的这种光致相变在太赫兹波段的特性。 实验中二氧化钒薄膜相变成金属的过程分别通过连续激光照射和飞秒激光照射实现。 两种照射方式下, 均观察到了明显的太赫兹波形变化, 并且随着照射光功率的增大, 信号的幅度衰减以及时域波形畸变逐渐加剧。 进而通过对透射太赫兹时域信号的傅里叶变换光谱分析发现, 在照射光功率增加时, 不但该薄膜的透射光谱幅值在下降, 而且其谱线形状也在随之改变, 其原因为二氧化钒薄膜的色散特性在光照条件下逐渐趋向金属性所致。 为清晰的描述光致相变的色散特点, 用二氧化钒薄膜光照前后透射光谱的幅度差定义了透射率调制函数来描述上述现象。 在透射率调制函数曲线上, 能够明显的看出二氧化钒的这种光致相变在太赫兹波段具有强烈的频率相关性质, 并且随照射光功率变化呈规律性演化。 进一步对比发现, 虽然连续光和飞秒激光照射方式都能引发光致相变, 但在同样透射光谱情况下, 对应的激发光功率存在明显不同, 对这两种照射方式下的相变效率差别进行了分析和讨论。
光致相变 太赫兹时域光谱 二氧化钒 Photo-induced phase transition THz-TDS Vanadium dioxide 光谱学与光谱分析
2015, 35(11): 3046
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院 超快激光研究室,天津 300072
2 光电信息技术教育部重点实验室,天津300072
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院 太赫兹中心,天津300072
在室温条件下,基于太赫兹时域频谱(THz-TDS)技术研究了SBN:Ce陶瓷在532 nm连续激光激发下的介电响应.在外加光场的作用下,该陶瓷的介电常数表现出良好的调制特性,介电改变量达到8.5%；同时,介电损耗增加了15%.实验结果表明,该材料折射率的变化|Δn|与外加光场强度呈现线性关系.通过建立模型,分析了SBN:Ce陶瓷的光-铁电机理,这些实验结果可以被归结为,激发的自由载流子在样品内部形成的内建电场导致的介电常数改变.探索铁电陶瓷材料在太赫兹波段的光-铁电性质对于太赫兹波调制器件的研究具有指导意义.
太赫兹时域频谱技术 掺铈铌酸锶钡 光折变效应 自发极化 terahertz time-domain spectroscopy Sr1-xBaxNb2O6:Ce ceramics photorefractive effect spontaneous polarization
天津大学精密仪器与光电子工程学院, 光电信息技术教育部重点实验室, 超快激光研究室, 天津 300072
对不同抽运方式下光子晶体光纤飞秒脉冲放大器中的脉冲演变过程进行了数值模拟和实验验证。在数值模拟上，采用了速率方程和非线性薛定谔方程相结合的理论模型；该模型考虑到端面抽运引起光纤中的非均匀增益分布、群速度色散和自相位调制三者之间的相互作用。模拟结果表明，相比于前向抽运放大方式，采用背向抽运放大方式不仅输出功率高，而且放大脉冲具有更窄的时域和光谱宽度，即较小的时间带宽积和更少的非线性积累。在验证实验上，搭建了基于前向和背向抽运方式的光子晶体光纤飞秒激光放大器；获得的实验结果与数值模拟结论一致，并对放大脉冲演变过程的物理机制进行了讨论。
光子晶体光纤 飞秒激光放大器 抽运方式 飞秒脉冲动力学
天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室, 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
设计了一种用非线性光子晶体光纤直接输出超连续贝塞尔光束的方案。先用光纤熔接机在高非线性光子晶体光纤的输出端塌陷1 mm 左右，然后将飞秒激光直接耦合到该非线性光子晶体光纤中，所产生的超连续光谱通过塌陷区域的模式耦合和相干叠加，直接输出了宽谱贝塞尔光束。该方案可以实现全光纤运转，不需要引入其他分立器件。从光纤中直接输出的超连续贝塞尔光束在米量级具有高度准直和无衍射特性。进一步实验验证了该光束在整个超连续光谱范围内具有贝塞尔光束的无衍射性和自恢复性。
相干光学 超连续谱 贝塞尔光束 光子晶体光纤 塌陷
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室光电信息技术教育部重点实验室， 天津 300072
2 航天恒星科技有限公司信息传输与处理研究室， 北京 100086
基于非共线相位匹配的波面倾斜技术是目前采用飞秒激光产生超快太赫兹波最有效的手段，使用接触式光栅直接产生抽运飞秒脉冲的波面倾斜能够克服成像系统引入的畸变从而进一步提高该技术的效率。提出并利用简化的模态法设计了制备于铌酸锂晶体中用于波面倾斜技术产生高能量太赫兹波的内嵌式接触光栅。将Littrow角入射条件下的光栅衍射理论简化为光栅内双模式的干涉过程，极大地简化了光栅的参数设计。确定了满足波面倾斜条件的光栅常数，系统研究了衍射效率与光栅占空比和刻槽深度的关系，通过内嵌式光栅结构降低反射损耗,理论上能达到90%以上的-1级衍射效率，给出了合适的光栅加工参数。该系统设计方法对基于其他太赫兹波产生晶体的接触光栅设计具有参考意义。
光学器件 太赫兹波 光学整流 波面倾斜 接触光栅 模态法
