太赫茲波相干探測的物理機制研究

戴厚梅，李 新

(武漢科技大學冶金工業過程系統科學湖北省重點實驗室，湖北 武漢， 430065)

太赫茲波在物理、生物、醫學、材料科學等諸多領域具有廣闊的應用前景，然而大氣中的水蒸氣對其具有極強的吸收作用(波信號衰減約100 dB/km)，嚴重限制了太赫茲波技術的進一步發展及應用,因此，太赫茲波的遠程產生和遠程探測是該學科亟待解決的關鍵問題。目前大多采用雙色激光遠程聚焦大氣法[1-2]產生太赫茲波，至于對其進行遠程探測，通常借助四波混頻技術[3-5]，但空氣中光的散射造成探測過程中對波長400 nm的倍頻激光收集困難。此外通過探測經太赫茲波作用后的氣體等離子體熒光輻射的增強也能間接進行太赫茲波的遠程探測，該方法引入了一個本地振蕩來實現太赫茲波的相干測量[6-7]，但探測過程信噪比很低，且需在僅數毫米寬的等離子體上施加高壓,操作難度非常大，通常還需引入另外一束波長400 nm的激光[8-9]，與偏振方向相同的波長800 nm的激光混合后共同激勵空氣。在非對稱雙色場的激勵下，空氣離化后的電子數目按速度大小在空間的分布也是非對稱的，因而當太赫茲波與該等離子體發生作用時，太赫茲波的振幅和相位皆會影響最終的熒光輻射，故可實現太赫茲波的相干探測，但此方法不足之處在于引入波長400 nm的激光操作過程較復雜，而且探測時需耗費更多能量。

周期量級激光是脈沖寬度在光學周期量級的超快激光。飛秒脈沖在非線性介質傳播過程中其光譜被展寬，經色散元件進行色散補償后即可獲得周期量級激光脈沖，其中非線性介質經常選用充有惰性氣體的空心光纖。……