气体等离子体中太赫兹波辐射特性的理论研究

摘要

将飞秒激光聚焦在空气中形成气体等离子体，气体等离子体可以辐射出高强度、宽带宽的太赫兹波，是一种很有应用前景的太赫兹源，受到了人们的广泛关注。通常采用的激光是中心波长为800nm的飞秒激光以及它的倍频脉冲。本论文基于光电流模型，对气体等离子体辐射太赫兹波辐射的特性进行了理论研究，主要工作如下：
　　(1)在一维情况下，使用光电流模型对太赫兹波辐射的基本特性进行了研究，分析了激光强度、基倍频脉冲相对相位差、电离饱和等因素对太赫兹波辐射的影响进行了研究。
　　(2)研究了不同激光波长产生太赫兹波的区别，发现在一定波长范围内，太赫兹波强度随着使用激光波长的增大而增强。提出了使用800nm的飞秒激光以及其二分之一次谐波用于产生太赫兹波的方案，阐释了该方案的可行性以及实际意义。
　　(3)结合实际中气体等离子体产生太赫兹波的方案，在二维情况下，对太赫兹波辐射的特性进行了研究，尤其是解释了椭圆偏振太赫兹波的产生原因。从理论上说明了太赫兹波椭圆偏振的原因并不完全是等离子体中各种效应，还与倍频晶体对激光偏振的影响有关。
　　(4)研究了等离子体细丝的产生，结合等离子体的特性，分析了等离子体对激光脉冲传输的影响，包括光谱的展宽、色散带来的基倍频场相对相位差改变、交叉相位调制带来的偏振态的变化，在此基础上利用光电流模型推导出等离子体细丝对太赫兹波辐射的影响。

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1 绪论

1. 1太赫兹波简介

1.2 太赫兹波的产生与探测

1.3 利用空气产生和探测太赫兹脉冲

1.4 本论文研究工作

2 气体等离子体产生太赫兹波的物理模型

2.1 双色激光激发气体等离子体产生太赫兹波方案简介

2.2 理论模型

2.3 本章小结

3 基于一维光电流模型的气体等离子体太赫兹波辐射特性分析

3.1 太赫兹波辐射的具体过程分析

3.2 电离饱和对太赫兹波辐射的影响

3.3 太赫兹波辐射与双色激光波长的关系

3.4 本章小结

4 基于二维光电流模型的气体等离子体太赫兹波辐射特性分析

4.1 激光经过β-BBO晶体的光场表示

4.2 线偏振双色激光场产生太赫兹波的特性

4.3 经过β-BBO晶体产生太赫兹波的特性

4.4 本章小结

5 等离子体细丝中太赫兹波辐射特性分析

5.1 气体中等离子体细丝的形成机制

5.2 等离子细丝引起的激光频谱展宽

5.3 等离子体细丝引起的激光偏振特性改变

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文