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
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Physics, University of Pécs, Pécs 7624, Hungary
2 Szentagothai Research Centre, University of Pécs, Pécs 7624, Hungary
3 MTA-PTE High-Field Terahertz Research Group, Pécs 7624, Hungary
Tilted-pulse-front-pumping (TPFP) lithium-niobate terahertz (THz) pulse sources are widely used in pump-probe and control experiments since they can generate broadband THz pulses with tens of microjoules of energy. However, the conventional TPFP setup suffers from limitations, hindering the generation of THz pulses with peak electric field strength over 1 MV/cm. Recently, a few setups were suggested to mitigate or even eliminate these limitations. In this paper, we shortly review the setups that are suitable for the generation of single-cycle THz pulses with up to a few tens of megavolts/centimeter focused electric field strength. The THz pulses available with the new layouts pave the way for previously unattainable applications that require extremely high electric field strength and pulse energy in the multi-millijoule range.
terahertz pulse generation nonlinear optics ultrafast optics Chinese Optics Letters
2021, 19(11): 111902
Author Affiliations
Abstract
1 Tianjin University, School of Precision Instruments and Optoelectronics Engineering, Tianjin, China
2 Tianjin University, Center for Terahertz Waves, Tianjin, China
3 Ministry of Education, Key Laboratory of Optoelectronics Information and Technology, Tianjin, China
4 Oklahoma State University, School of Electrical and Computer Engineering, Stillwater, Oklahoma, United States
Radiation at terahertz frequencies can be used to analyze the structural dynamics of water and biomolecules, but applying the technique to aqueous solutions and tissues remains challenging since terahertz radiation is strongly absorbed by water. While this absorption enables certain analyses, such as the structure of water and its interactions with biological solutes, it limits the thickness of samples that can be analyzed, and it drowns out weaker signals from biomolecules of interest. We present a method for analyzing water-rich samples via time-domain terahertz optoacoustics over a 104-fold thickness ranging from microns to centimeters. We demonstrate that adjusting the temperature to alter the terahertz optoacoustic (THz-OA) signal of water improves the sensitivity with which it can be analyzed and, conversely, can reduce or even “silence” its signal. Temperature-manipulated THz-OA signals of aqueous solutions allow detection of solutes such as ions with an order of magnitude greater sensitivity than terahertz time-domain spectroscopy, and potentially provide more characteristic parameters related to both terahertz absorption and ultrasonic propagation. Terahertz optoacoustics may be a powerful tool for spectroscopy and potential imaging of aqueous solutions and tissues to explore molecular interactions and biochemical processes.
terahertz optoacoustics terahertz pulse time-domain detection label-free water Advanced Photonics
2021, 3(2): 026003
上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海市现代光学系统重点实验室，上海 200093
太赫兹(THz)波是频率位于0.1 THz～10 THz的电磁波。因其具有非电离性，以及可与多数生物分子产生共振响应等特性，在生物医学领域有着巨大应用潜力，尤其在肿瘤检测方面。太赫兹成像技术作为生物医学领域一种新的成像技术，吸引国内外多个研究小组对其开展深入研究。本文列举分析了多种太赫兹成像技术在肿瘤检测的应用，其中可分为太赫兹扫描成像、太赫兹层析成像、太赫兹全息成像以及太赫兹近场成像，介绍了这些成像方式的基本原理以及国内外研究现状，最后对太赫兹成像技术在生物领域的未来做出展望。
太赫兹脉冲成像 连续波太赫兹成像 太赫兹层析成像 太赫兹全息成像 太赫兹近场成像 terahertz pulse imaging continuous-wave terahertz imaging terahertz tomography imaging terahertz holography imaging terahertz near-field imaging
Beijing Key Laboratory of Applied Optics, Department of Physics, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
Frontiers of Optoelectronics
2019, 12(3): 317–323
1 中央民族大学理学院, 北京 100081
2 首都师范大学物理系, 北京市成像技术高精尖中心, 北京市太赫兹波谱与成像重点实验室, 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
根据纸币防伪特征区域载体材料与制作工艺的不同, 利用透射式太赫兹脉冲成像技术对2005版真伪百元人民币的白水印和安全线两处防伪特征区域进行逐点扫描获取相应的太赫兹时域信号, 然后对太赫兹波形进行数据处理获得时域显示模式成像及频域显示模式成像。 将真钞和假钞的成像结果进行对比, 发现白水印、 安全线部位的真假钞成像结果区别明显, 证实太赫兹脉冲成像技术能够真实、 有效地对真假人民币进行多区域、 多维度的准确鉴定。
太赫兹脉冲成像技术 假钞鉴别 显示模式 Terahertz pulse imaging technique Counterfeit identification Display mode 光谱学与光谱分析
2018, 38(7): 2021
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所
2 微系统与太赫兹研究中心，四川 绵阳 621999
太赫兹脉冲单次测量技术对于不可逆或者单次超快过程的太赫兹光谱研究具有重要意义。为了实现无畸变的高频率分辨率的太赫兹脉冲单次探测，利用光栅产生了一束具有倾斜前沿的飞秒探测脉冲，并利用该探测脉冲实现了对太赫兹脉冲时域电场波形的单次测量，测量时间范围达到20 ps，频谱覆盖0.1 THz~2.5 THz 范围。且测量的结果与使用传统电光采样方法测量的结果相符合。对于基于光栅产生倾斜脉冲前沿的太赫兹脉冲单次测量方法进行了建模分析，获得了光栅和光学元件参数的选取，以及光路设计等指导性结论。
太赫兹脉冲 单次测量 光栅 倾斜脉冲前沿 terahertz pulse single shot measurement optical grating pulse front tilting 太赫兹科学与电子信息学报
2015, 13(1): 23
华中科技大学 武汉光电国家实验室, 武汉430074
为了研究啁啾太赫兹脉冲诱导后的CO分子取向, 采用刚性转子近似求解含时薛定谔方程的方法, 进行了理论分析和数值仿真。为了在较低太赫兹场强时获得较好的取向效果, 采用了飞秒激光结合啁啾太赫兹脉冲的方案。结果表明, 分子取向程度可增强81%。在有限温度条件下, 飞秒激光结合啁啾太赫兹脉冲诱导分子取向的效率随温度的升高而降低;相对于少周期太赫兹脉冲, 啁啾太赫兹脉冲有诱导分子取向的优越性。这一结果对提高CO分子取向程度是有意义的。
激光物理 分子取向 刚性转子模型 啁啾太赫兹脉冲 laser physics molecular orientation rigid rotor model chirped terahertz pulse
1 西北核技术研究所, 西安 710024
2 西安交通大学 电子与信息工程学院, 西安 710049
基于n型硅在强电场下的热电子效应，初步研制了一种采用过模结构的0.14 THz高功率太赫兹脉冲探测器。该探测器由基模波导WR6、过渡波导、过模波导WR10,n型硅探测芯片和偏置恒流源组成。模拟分析了探测器的工作过程，给出了相对灵敏度表达式，结果表明过模探测器能很好地工作在TE10模式。合理设计了探测芯片的结构参数和加工工艺，完成了探测芯片的加工和探测器样机的制作。将探测器样机在0.14 THz相对论表面波振荡器的辐射场进行了初步的验证性实验，并与二极管检波器的测量结果进行了对比分析。结果表明：过模探测器样机的响应时间在ps量级，相对灵敏度约为0.12 kW-1，最大承受功率至少为数十W，可用于0.14 THz高功率脉冲的直接探测。
高功率太赫兹脉冲 过模 探测器 热电子 high-power terahertz pulse overmoded detector hot electron 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2959
1 西北核技术研究所， 西安 710024
2 西安交通大学 电子与信息工程学院， 西安 710049
给出了0.14 THz高功率单次脉冲信号的频率和功率的测量方法及实验结果。针对高功率太赫兹脉冲频率高、峰值功率高和脉宽短的特点，实验中采用了截止波导滤波法与谐波混频法相结合的方式准确测定了脉冲信号频率，利用辐射场功率密度积分法获取了辐射脉冲的远场功率分布，并给出了单次脉冲的辐射功率。某实验条件下的测量结果表明，0.14 THz高功率太赫兹脉冲的频率为0.146 3 THz，脉宽约为1.5 ns，功率不小于0.5 MW。
太赫兹脉冲 高功率 谐波混频 辐射场 terahertz pulse high-power subharmonic heterodyne radiation field
