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激光在大气中驱动的强太赫兹辐射的理论和实验研究

王伟民 张亮亮 李玉同 盛政明 张杰

激光在大气中驱动的强太赫兹辐射的理论和实验研究

王伟民, 张亮亮, 李玉同, 盛政明, 张杰
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  • 两束双色激光脉冲能在大气中产生MV/cm的强太赫兹波.本文主要介绍了我们最近的三项理论和实验工作,澄清了双色激光方案的物理机制这个长期存在的问题,并对该方案进行了推广.为了在气体中有效地产生太赫兹波,在广泛研究的双色激光方案中两束激光的频率比2/1总是被取为1:2.首先从理论上预测采用其他频率比时,此方案仍能有效地工作,并通过实验进行证实.实验上观察到在新的频率比2/1=1:4,2:3下,也能有效地产生太赫兹波;观察到通过旋转较长波长的激光脉冲的偏振方向,能够有效地调节太赫兹波的偏振,但是旋转波长较短的激光脉冲的偏振方向,太赫兹波的偏振几乎没有变化,这违背了多波混频理论中极化率张量对称性的要求;采用不同的频率比时,太赫兹能量定标率并没有显示出明显的区别,这与多波混频理论预测的能量定标率不符.这些实验结果与等离子体电流模型及粒子模拟结果符合得很好.因此,该研究不仅对双色激光方案进行了推广,而且证实了其物理机制应该归结为等离子体电流模型.
      通信作者: 王伟民, hbwwm1@iphy.ac.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11775302)、国家重点研发计划(批准号:2018YFA0404801)、科学挑战计划(批准号:TZ2016005)和中国科学院战略性先导科技专项(B类)(批准号:XDB16010200,XDB07030300)资助的课题.
    [1]

    Ulbricht R, Hendry E, Shan J, Heinz T F, Bonn M 2011 Rev. Mod. Phys. 83 543

    [2]

    Hamster H, Sullivan A, Gordon S, White W, Falcone R W 1993 Phys. Rev. Lett. 71 2725

    [3]

    Cook D J, Hochstrasser R M 2000 Opt. Lett. 25 1210

    [4]

    Sheng Z M, Mima K, Zhang J, Sanuki H 2005 Phys. Rev. Lett. 94 095003

    [5]

    Li Y T, Li C, Zhou M L, Wang W M, Du F, Ding W J, Lin X X, Liu F, Sheng Z M, Peng X Y, Chen L M, Ma J L, Lu X, Wang Z H, Wei Z Y, Zhang J 2012 Appl. Phys. Lett. 100 254101

    [6]

    Gopal A, Herzer S, Schmidt A, Singh P, Reinhard A, Ziegler W, Brommel D, Karmakar A, Gibbon P, Dillner U, May T, Meyer H G, Paulus G G 2013 Phys. Rev. Lett. 111 074802

    [7]

    Jin Z, Chen Z L, Zhuo H B, Kon A, Nakatsutsumi M, Wang H B, Zhang B H, Gu Y Q, Wu Y C, Zhu B, Wang L, Yu M Y, Sheng Z M, Kodama R 2011 Phys. Rev. Lett. 107 265003

    [8]

    Dey I, Jana K, Fedorov V Y, Koulouklidis A D, Mondal A, Shaikh M, Sarkar D, Lad A D, Tzortzakis S, Couairon A, Kumar G R 2017 Nat. Commun. 8 1184

    [9]

    Jin Q, E Y, Williams K, Dai J, Zhang X C 2017 Appl. Phys. Lett. 111 071103

    [10]

    D'Amico C, Houard A, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A, Couairon A, Tikhonchuk V T 2007 Phys. Rev. Lett. 98 235002

    [11]

    Wang W M, Kawata S, Sheng Z M, Li Y T, Zhang J, Chen L M, Qian L J, Zhang J 2011 Opt. Lett. 36 2608

    [12]

    Bai Y, Song L, Xu R, Li C, Liu P, Zeng Z, Zhang Z, Lu H, Li R, Xu Z 2012 Phys. Rev. Lett. 108 255004

    [13]

    Liao G Q, Li Y T, Li C, Su L N, Zheng Y, Liu M, Wang W M, Hu Z D, Yan W C, Dunn J, Nilsen J, Hunter J, Liu Y, Wang X, Chen L M, Ma J L, Lu X, Jin Z, Kodama R, Sheng Z M, Zhang J 2015 Phys. Rev. Lett. 114 255001

    [14]

    Liao G Q, Li Y T, Zhang Y H, Liu H, Ge X L, Yang S, Wei W Q, Yuan X H, Deng Y Q, Zhu B J, Zhang Z, Wang W M, Sheng Z M, Chen L M, Lu X, Ma J L, Wang X, Zhang J 2016 Phys. Rev. Lett. 116 205003

    [15]

    Xie X, Dai J, Zhang X C 2006 Phys. Rev. Lett. 96 075005

    [16]

    Kim K Y, Glownia J H, Taylor A J, Rodriguez G 2007 Opt. Express 15 4577

    [17]

    Wang W M, Sheng Z M, Wu H C, Chen M, Li C, Zhang J, Mima M 2008 Opt. Express 16 16999

    [18]

    Wang W M, Gibbon P, Sheng Z M, Li Y T 2014 Phys. Rev. A 90 023808

    [19]

    Zhang Z, Chen Y, Chen M, Zhang Z, Yu J, Sheng Z, Zhang J 2016 Phys. Rev. Lett. 117 243901

    [20]

    Wu H C, Meyer-ter-Vehn J, Sheng Z M 2008 New J. Phys. 10 043001

    [21]

    Dai J, Karpowicz N, Zhang X C 2009 Phys. Rev. Lett. 103 023001

    [22]

    Wen H, Lindenberg A M 2009 Phys. Rev. Lett. 103 023902

    [23]

    Wang W M, Gibbon P, Sheng Z M, Li Y T 2015 Phys. Rev. Lett. 114 253901

    [24]

    Clerici M, Peccianti M, Schmidt B E, Caspani L, Shalaby M, Giguere M, Lotti A, Couairon A, Legare F, Ozaki T, Faccio D, Morandotti R 2013 Phys. Rev. Lett. 110 253901

    [25]

    Vvedenskii N V, Korytin A I, Kostin V A, Murzanev A A, Silaev A A, Stepanov A N 2014 Phys. Rev. Lett. 112 055004

    [26]

    Wang W M, Li Y T, Sheng Z M, Lu X, Zhang J 2013 Phys. Rev. E 87 033108

    [27]

    Kostin V A, Laryushin I D, Silaev A A, Vvedenskii N V 2016 Phys. Rev. Lett. 117 035003

    [28]

    Wang W M, Sheng Z M, Li Y T, Zhang Y, Zhang J 2017 Phys. Rev. A 96 023844

    [29]

    Zhang L L, Wang W M, Wu T, Zhang R, Zhang S J, Zhang C L, Zhang Y, Sheng Z M, Zhang X C 2017 Phys. Rev. Lett. 119 235001

    [30]

    Liu K, Koulouklidis A D, Papazoglou D G, Tzortzakis S, Zhang X C 2016 Optica 3 605

    [31]

    Wang W M, Gibbon P, Sheng Z M, Li Y T 2015 Phys. Rev. E 91 013101

    [32]

    Wang W M, Kawata S, Sheng Z M, Li Y T, Zhang J 2011 Phys. Plasmas 18 073108

    [33]

    Penetrante B M, Bardsley J N 1991 Phys. Rev. A 43 3100

  • [1]

    Ulbricht R, Hendry E, Shan J, Heinz T F, Bonn M 2011 Rev. Mod. Phys. 83 543

    [2]

    Hamster H, Sullivan A, Gordon S, White W, Falcone R W 1993 Phys. Rev. Lett. 71 2725

    [3]

    Cook D J, Hochstrasser R M 2000 Opt. Lett. 25 1210

    [4]

    Sheng Z M, Mima K, Zhang J, Sanuki H 2005 Phys. Rev. Lett. 94 095003

    [5]

    Li Y T, Li C, Zhou M L, Wang W M, Du F, Ding W J, Lin X X, Liu F, Sheng Z M, Peng X Y, Chen L M, Ma J L, Lu X, Wang Z H, Wei Z Y, Zhang J 2012 Appl. Phys. Lett. 100 254101

    [6]

    Gopal A, Herzer S, Schmidt A, Singh P, Reinhard A, Ziegler W, Brommel D, Karmakar A, Gibbon P, Dillner U, May T, Meyer H G, Paulus G G 2013 Phys. Rev. Lett. 111 074802

    [7]

    Jin Z, Chen Z L, Zhuo H B, Kon A, Nakatsutsumi M, Wang H B, Zhang B H, Gu Y Q, Wu Y C, Zhu B, Wang L, Yu M Y, Sheng Z M, Kodama R 2011 Phys. Rev. Lett. 107 265003

    [8]

    Dey I, Jana K, Fedorov V Y, Koulouklidis A D, Mondal A, Shaikh M, Sarkar D, Lad A D, Tzortzakis S, Couairon A, Kumar G R 2017 Nat. Commun. 8 1184

    [9]

    Jin Q, E Y, Williams K, Dai J, Zhang X C 2017 Appl. Phys. Lett. 111 071103

    [10]

    D'Amico C, Houard A, Franco M, Prade B, Mysyrowicz A, Couairon A, Tikhonchuk V T 2007 Phys. Rev. Lett. 98 235002

    [11]

    Wang W M, Kawata S, Sheng Z M, Li Y T, Zhang J, Chen L M, Qian L J, Zhang J 2011 Opt. Lett. 36 2608

    [12]

    Bai Y, Song L, Xu R, Li C, Liu P, Zeng Z, Zhang Z, Lu H, Li R, Xu Z 2012 Phys. Rev. Lett. 108 255004

    [13]

    Liao G Q, Li Y T, Li C, Su L N, Zheng Y, Liu M, Wang W M, Hu Z D, Yan W C, Dunn J, Nilsen J, Hunter J, Liu Y, Wang X, Chen L M, Ma J L, Lu X, Jin Z, Kodama R, Sheng Z M, Zhang J 2015 Phys. Rev. Lett. 114 255001

    [14]

    Liao G Q, Li Y T, Zhang Y H, Liu H, Ge X L, Yang S, Wei W Q, Yuan X H, Deng Y Q, Zhu B J, Zhang Z, Wang W M, Sheng Z M, Chen L M, Lu X, Ma J L, Wang X, Zhang J 2016 Phys. Rev. Lett. 116 205003

    [15]

    Xie X, Dai J, Zhang X C 2006 Phys. Rev. Lett. 96 075005

    [16]

    Kim K Y, Glownia J H, Taylor A J, Rodriguez G 2007 Opt. Express 15 4577

    [17]

    Wang W M, Sheng Z M, Wu H C, Chen M, Li C, Zhang J, Mima M 2008 Opt. Express 16 16999

    [18]

    Wang W M, Gibbon P, Sheng Z M, Li Y T 2014 Phys. Rev. A 90 023808

    [19]

    Zhang Z, Chen Y, Chen M, Zhang Z, Yu J, Sheng Z, Zhang J 2016 Phys. Rev. Lett. 117 243901

    [20]

    Wu H C, Meyer-ter-Vehn J, Sheng Z M 2008 New J. Phys. 10 043001

    [21]

    Dai J, Karpowicz N, Zhang X C 2009 Phys. Rev. Lett. 103 023001

    [22]

    Wen H, Lindenberg A M 2009 Phys. Rev. Lett. 103 023902

    [23]

    Wang W M, Gibbon P, Sheng Z M, Li Y T 2015 Phys. Rev. Lett. 114 253901

    [24]

    Clerici M, Peccianti M, Schmidt B E, Caspani L, Shalaby M, Giguere M, Lotti A, Couairon A, Legare F, Ozaki T, Faccio D, Morandotti R 2013 Phys. Rev. Lett. 110 253901

    [25]

    Vvedenskii N V, Korytin A I, Kostin V A, Murzanev A A, Silaev A A, Stepanov A N 2014 Phys. Rev. Lett. 112 055004

    [26]

    Wang W M, Li Y T, Sheng Z M, Lu X, Zhang J 2013 Phys. Rev. E 87 033108

    [27]

    Kostin V A, Laryushin I D, Silaev A A, Vvedenskii N V 2016 Phys. Rev. Lett. 117 035003

    [28]

    Wang W M, Sheng Z M, Li Y T, Zhang Y, Zhang J 2017 Phys. Rev. A 96 023844

    [29]

    Zhang L L, Wang W M, Wu T, Zhang R, Zhang S J, Zhang C L, Zhang Y, Sheng Z M, Zhang X C 2017 Phys. Rev. Lett. 119 235001

    [30]

    Liu K, Koulouklidis A D, Papazoglou D G, Tzortzakis S, Zhang X C 2016 Optica 3 605

    [31]

    Wang W M, Gibbon P, Sheng Z M, Li Y T 2015 Phys. Rev. E 91 013101

    [32]

    Wang W M, Kawata S, Sheng Z M, Li Y T, Zhang J 2011 Phys. Plasmas 18 073108

    [33]

    Penetrante B M, Bardsley J N 1991 Phys. Rev. A 43 3100

  • [1] 罗菊, 韩敬华. 激光等离子体去除微纳颗粒的热力学研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191933
    [2] 刘家合, 鲁佳哲, 雷俊杰, 高勋, 林景全. 气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性的影响. 物理学报, 2020, 69(5): 057401. doi: 10.7498/aps.69.20191540
    [3] 周瑜, 操礼阳, 马晓萍, 邓丽丽, 辛煜. 脉冲射频容性耦合氩等离子体的发射探针诊断. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191864
    [4] 杨进, 陈俊, 王福地, 李颖颖, 吕波, 向东, 尹相辉, 张洪明, 符佳, 刘海庆, 臧庆, 储宇奇, 刘建文, 王勋禺, 宾斌, 何梁, 万顺宽, 龚学余, 叶民友. 东方超环上低杂波驱动等离子体环向旋转实验研究. 物理学报, 2020, 69(5): 055201. doi: 10.7498/aps.69.20191716
    [5] 王晓雷, 赵洁惠, 李淼, 姜光科, 胡晓雪, 张楠, 翟宏琛, 刘伟伟. 基于人工表面等离激元的厚度渐变镀银条带探针实现太赫兹波的紧聚焦和场增强. 物理学报, 2020, 69(5): 054201. doi: 10.7498/aps.69.20191531
    [6] 周旭聪, 石尚, 李飞, 孟庆田, 王兵兵. 利用双色激光场下域上电离谱鉴别H32+ 两种不同分子构型. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200013
    [7] 卢超, 陈伟, 罗尹虹, 丁李利, 王勋, 赵雯, 郭晓强, 李赛. 纳米体硅鳍形场效应晶体管单粒子瞬态中的源漏导通现象研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191896
    [8] 朱肖丽, 胡耀垓, 赵正予, 张援农. 钡和铯释放的电离层扰动效应对比. 物理学报, 2020, 69(2): 029401. doi: 10.7498/aps.69.20191266
    [9] 朱存远, 李朝刚, 方泉, 汪茂胜, 彭雪城, 黄万霞. 用久期微绕理论将弹簧振子模型退化为耦合模理论. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191505
    [10] 王琳, 魏来, 王正汹. 垂直磁重联平面的驱动流对磁岛链影响的模拟. 物理学报, 2020, 69(5): 059401. doi: 10.7498/aps.69.20191612
    [11] 蒋涛, 任金莲, 蒋戎戎, 陆伟刚. 基于局部加密纯无网格法非线性Cahn-Hilliard方程的模拟. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191829
    [12] 张战刚, 雷志锋, 童腾, 李晓辉, 王松林, 梁天骄, 习凯, 彭超, 何玉娟, 黄云, 恩云飞. 14 nm FinFET和65 nm平面工艺静态随机存取存储器中子单粒子翻转对比. 物理学报, 2020, 69(5): 056101. doi: 10.7498/aps.69.20191209
    [13] 周峰, 蔡宇, 邹德峰, 胡丁桐, 张亚静, 宋有建, 胡明列. 钛宝石飞秒激光器中孤子分子的内部动态探测. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191989
    [14] 赵珊珊, 贺丽, 余增强. 偶极玻色-爱因斯坦凝聚体中的各向异性耗散. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200025
    [15] 刘丽, 刘杰, 曾健, 翟鹏飞, 张胜霞, 徐丽君, 胡培培, 李宗臻, 艾文思. 快重离子辐照对YBa2Cu3O7-δ薄膜微观结构及载流特性的影响. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191914
    [16] 刘厚通, 毛敏娟. 一种无需定标的地基激光雷达气溶胶消光系数精确反演方法. 物理学报, 2019, 68(7): 074205. doi: 10.7498/aps.68.20181825
    [17] 张继业, 张建伟, 曾玉刚, 张俊, 宁永强, 张星, 秦莉, 刘云, 王立军. 高功率垂直外腔面发射半导体激光器增益设计及制备. 物理学报, 2020, 69(5): 054204. doi: 10.7498/aps.69.20191787
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-29
  • 修回日期:  2018-05-02
  • 刊出日期:  2018-06-20

激光在大气中驱动的强太赫兹辐射的理论和实验研究

  • 1. 中国科学院物理研究所, 北京凝聚态物理国家研究中心, 北京 100190;
  • 2. 首都师范大学物理系, 北京 100048;
  • 3. 中国科学院大学物理科学学院, 北京 100049;
  • 4. 上海交通大学物理与天文学院, 上海 200240
  • 通信作者: 王伟民, hbwwm1@iphy.ac.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11775302)、国家重点研发计划(批准号:2018YFA0404801)、科学挑战计划(批准号:TZ2016005)和中国科学院战略性先导科技专项(B类)(批准号:XDB16010200,XDB07030300)资助的课题.

摘要: 两束双色激光脉冲能在大气中产生MV/cm的强太赫兹波.本文主要介绍了我们最近的三项理论和实验工作,澄清了双色激光方案的物理机制这个长期存在的问题,并对该方案进行了推广.为了在气体中有效地产生太赫兹波,在广泛研究的双色激光方案中两束激光的频率比2/1总是被取为1:2.首先从理论上预测采用其他频率比时,此方案仍能有效地工作,并通过实验进行证实.实验上观察到在新的频率比2/1=1:4,2:3下,也能有效地产生太赫兹波;观察到通过旋转较长波长的激光脉冲的偏振方向,能够有效地调节太赫兹波的偏振,但是旋转波长较短的激光脉冲的偏振方向,太赫兹波的偏振几乎没有变化,这违背了多波混频理论中极化率张量对称性的要求;采用不同的频率比时,太赫兹能量定标率并没有显示出明显的区别,这与多波混频理论预测的能量定标率不符.这些实验结果与等离子体电流模型及粒子模拟结果符合得很好.因此,该研究不仅对双色激光方案进行了推广,而且证实了其物理机制应该归结为等离子体电流模型.

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