1 上海大学物理系，上海 200444
2 上海电力大学电子与信息工程学院，上海 200090
3 中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室，上海 200083
为探索单周期或亚周期的强场太赫兹脉冲抽运下各种材料的非线性光学响应，基于铌酸锂（LiNbO3）晶体，采用飞秒脉冲倾斜波前技术，获得了单脉冲能量为2.6 μJ、峰值场强为632 kV/cm的强太赫兹脉冲输出，并在该辐射源的基础上搭建了太赫兹抽运-光探测系统。利用该系统研究了硒化镓（GaSe）晶体的非线性光学响应，观测到亚周期的太赫兹脉冲诱导的光学双折射，其引起的相位变化与普克尔斯效应和克尔效应相关。研究结果为强场太赫兹抽运下介质的非线性效应分析提供了思路，为材料的电光系数和非线性折射率系数的测定提供了借鉴。
材料 铌酸锂晶体 倾斜波前 强太赫兹脉冲 非线性效应 中国激光
2023, 50(17): 1714018
1 上海理工大学 太赫兹技术创新研究院，上海市现代光学系统重点实验室，光学仪器与系统教育部工程中心，太赫兹光谱与影像技术协同创新中心，上海 200093
2 上海大学 理学院 物理系，上海 200444
太赫兹科学技术在光谱、成像、传感、生物医药、安全检测等方面展现出了巨大的应用潜力和价值。基于新材料和新机理，研发高效、超宽带和低成本的太赫兹光子学器件是太赫兹科学技术的重要挑战。近年来的研究表明，太赫兹光子学和超快自旋电子学深度交叉，获得了很大的关注。本文对超快太赫兹自旋光电子学所研究的物理机理和器件设计应用进行讨论。在物理机理研究方面，阐明了太赫兹脉冲为研究超快自旋电子学提供强大工具，实现了太赫兹驱动自旋波，探测自旋输运和超快磁测量。在器件设计与应用方面，介绍了基于自旋的新型太赫兹光子学器件，包括自旋太赫兹辐射源的优化方法，自旋太赫兹调制器的工作原理，自旋太赫兹探测器的设计方案。超快太赫兹自旋光电子学不仅有助于人们理解宏观自旋电子学现象背后的微观物理机制，而且有望实现高效的太赫兹光子学器件和光谱学应用。
太赫兹 自旋电子学 超快光谱 太赫兹产生和调控 Terahertz Spintronics Ultrafast spectroscopy Terahertz generation and modulation
1 上海大学 理学院, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所 强场激光物理国家重点实验室, 上海 201800
利用超快泵浦探测技术, 研究了近红外飞秒强激光脉冲作用下, 金膜中的超快电子动力学过程。研究发现, 800 nm飞秒激光激发后, 金膜的瞬态反射率存在一个下降过程。通过对金膜的瞬态反射率光谱进行分析和模拟, 发现主要是自由电子弛豫和带间双光子跃迁这两种电子动力学过程综合作用的结果。利用双温模型, 模拟了800 nm飞秒激光作用下金膜的温度弛豫和瞬态反射率变化过程, 理论计算结果与实验结果符合良好。
泵浦探测技术 近红外飞秒激光 金膜 超快电子动力学 瞬态反射率 pump-probe technology near-infrared femtosecond laser gold film ultrafast electron dynamics transient reflectivity
1 上海大学理学院物理系, 上海 200444
2 上海科技大学-上海光学精密机械研究所超强超快联合实验室, 上海 201210
3 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300110
回顾了近年来利用超快自旋动力学过程产生太赫兹(THz)辐射的研究进展。介绍了基于逆自旋霍尔效应和逆Rashba-Edelstein效应的瞬态自旋流-电荷流转换,指出铁磁/非磁性异质结构已被用于设计低成本、高效率的THz辐射源。通过优化膜厚、生长条件、衬底和结构,可进一步提高基于自旋电子学的THz发射器的效率和带宽。简述了THz发射光谱在研究超快自旋泽贝克效应形成动力学中的应用。
非线性光学 太赫兹辐射 超快光谱 自旋流 逆自旋霍尔效应 自旋泽贝克效应
Author Affiliations
Abstract
Physics Department of Science College, Shanghai University, Shanghai 200444, China
Based on Kogelnik’s coupled-wave theory, it is found that when a femtosecond pulse is incident on a transmitted volume holographic grating, two transverse standing waves along the grating vector direction will be generated inside the volume holographic grating (VHG). Due to field localization of two standing waves, they have two different velocities along the propagation depth. On the output plane of the VHG, femtosecond dual pulses are generated in both the diffracted and transmitted directions. Results show that the pulse interval is determined by the refractive index modulation and thickness of the grating, while the waveform of the dual pulses is independent of the grating parameters.
320.5540 Pulse shaping 050.7330 Volume gratings 050.1940 Diffraction Chinese Optics Letters
2019, 17(11): 113201
1 上海大学理学院， 上海 200444
2 江苏大学材料科学与工程学院， 江苏 镇江 212013
研究了不同脉冲能量下1 kHz飞秒激光脉冲在石英玻璃内部诱导的损伤痕迹、纳米光栅结构及其双折射特性，发现在激光辐照区域顶端形成的微纳结构具有两种周期性:沿光传输方向的周期为ΛK；沿激光偏振方向的周期为ΛE。通过数值模拟飞秒脉冲在石英玻璃内部的传输过程，研究了入射能流密度分布及自由电子密度分布对双周期纳米光栅结构的影响。结果表明，较大的入射能流密度有利于纳米光栅的形成，且产生的电子密度会影响周期ΛK，电子密度越大，周期ΛK越大。从理论上分析了双周期纳米光栅结构的形成过程，认为等离子体非对称生长及其引起的局域场强分布影响了双周期纳米光栅结构的形成。
激光光学 飞秒激光 纳米光栅 微加工 等离子体
基于修正的Kogelnik 耦合波方程，研究了飞秒脉冲通过正弦型体光栅衍射后的动态衍射特性—能量振荡和脉冲分裂现象随光栅参数和读出脉冲参数的变化。结果发现，体光栅的折射率调制度和读出脉冲的中心波长对能量振荡的周期有影响，而体光栅的周期对能量振荡周期没有影响，但会影响脉冲波包中心连线与时间轴的夹角。通过双光束干涉、群速度和群时延对出现的现象进行了解释。在衍射后期，衍射脉冲分裂为双脉冲，双脉冲间隔与体光栅的厚度和折射率调制度有关，但与体光栅周期无关，通过光场传播的局域化特性对其进行了解释。
光学器件 体光栅 衍射 飞秒脉冲 能量周期振荡 脉冲分裂
1 上海大学物理系, 上海 200444
2 中国科学院上海硅酸盐研究所, 上海 200050
利用偶极天线LT-GaAs发射的太赫兹时域光谱(THz-TDS)研究单晶氧化锌、未掺杂和Mg掺杂的ZnO纳米粉末(粒子)在室温下的太赫兹光谱特性。在0.2~2 THz频率范围内研究了样品的功率吸收和折射率。结果发现, 镁掺杂提高了样品材料的吸收效率, 同时降低了氧化锌材料的折射率。相比较氧化锌单晶, 未掺杂和Mg掺杂氧化锌纳米颗粒的太赫兹介电性质呈现类似的行为, 该结果与横向光学E1(TO)声子模式有关。
太赫兹时域光谱技术 掺杂 复介电常数 氧化锌纳米结构 terahertz time-domain spectroscopy doping complex dielectric constant ZnO nanostructure
1 长春理工大学电子信息工程学院通信工程系, 吉林 长春 130022
2 上海大学物理系超快光子学实验室, 上海 200444
基于Kogelnik耦合波原理和矩阵光学，讨论了调节双层体光栅的穿插层厚度产生飞秒激光双脉冲的方法。推导了飞秒脉冲读出双层体光栅后的衍射场表达式，数值模拟了瞬时衍射光强分布随穿插层厚度变化的关系曲线。数值模拟结果表明当穿插层厚度在4~11 mm区间变化时，衍射脉冲变成双脉冲，且双脉冲间隔与穿插层厚度成正比，利用衍射理论及衍射场表达式对其进行了解释。利用周期性介质群时延讨论了衍射脉冲时延随穿插层厚度的变化，发现脉冲间隔随穿插层厚度变化的斜率是脉冲时延随穿插层厚度变化斜率的绝对值的2倍。
激光光学 超短脉冲 体光栅 衍射 飞秒双脉冲 脉冲间隔 脉冲时延 光学学报
2013, 33(12): 1205003
