利用空氣電漿對脈衝太赫茲波進行偏振探測的研究

《利用空氣電漿對脈衝太赫茲波進行偏振探測的研究》是依託首都師範大學，由張亮亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：利用空氣電漿對脈衝太赫茲波進行偏振探測的研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張亮亮
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

超強雷射誘導的空氣電漿作為脈衝太赫茲波的探測介質，具有無損傷閾值、無反射回波以及無聲子吸收的優勢，可實現超寬頻帶光譜測量。現有探測方法是通過四波混頻的逆過程，測量太赫茲波場誘導產生二次諧波的強度，沒能反映太赫茲波的偏振態。本項目擬通過同步測量二次諧波在兩個垂直方向上的電場分量，對超寬頻帶脈衝太赫茲波的偏振特性進行研究。與空氣電漿產生太赫茲波的偏振態可控技術相結合，發展全空氣全光學的偏振可測的時域光譜技術。探索不同偏振態，尤其是圓偏振脈衝太赫茲波與雙折射材料相互作用後偏振態的轉換規律。並對各向異性生物組織展開初步的偏振光譜研究，以期根據太赫茲波偏振變化來辨別不同種類、不同健康狀態的組織結構，尤其是正常組織和病變組織，為生物醫學診斷提供有效的分析手段。

結題摘要

太赫茲波（THz：頻率從0.1THz到10THz的電磁波）與電磁波譜中與之相鄰的紅外和微波相比，具有光子能量低、穿透性強、頻譜覆蓋有機和生物大分子的分子間振動和轉動能級等特性，能夠發掘全新的光譜分析和檢測技術，從而實現在材料特性、微電子、醫學診斷、環境監控、化工和生物識別等諸多方面的套用。太赫茲波的偏振態不僅提供其產生機制的重要信息，與物質相互作用後偏振態的變化更反映了被測物的內部結構特徵。近年來，各向異性物質在太赫茲波段的偏振特性備受關注，目前此方面研究，均是基於電光取樣探測技術測量太赫茲波的偏振態，並沒有實現超寬頻帶的光譜分析。本項目擬開展利用空氣電漿對脈衝太赫茲波進行偏振探測的研究，通過同步測量太赫茲電場誘導的二次諧波在兩個垂直方向的強度分量，提取太赫茲波的偏振方向。並對兩個強度分量做差值處理，消除可見光漂移所帶來的背景噪聲，提高光譜系統的動態範圍（測量信號與背景噪聲均方根的比值）。主要內容包括：從超寬頻帶的角度，進一步分析空氣電漿產生太赫茲波的偏振態；研究（橢）圓偏振太赫茲波與雙折射晶體作用後的偏振態變化；以及分析比較結構不同的生物組織對太赫茲波的偏振回響。取得的研究成果包括利用控制BBO晶體與空氣電漿之間的相對距離來實現太赫茲波的偏振態可控。與傳統的單一偏振的太赫茲波成像相比，偏振可控成像可以提取樣品引起太赫茲波偏振方向改變的偏轉量，獲得樣品更多的內部信息；太赫茲波的頻譜寬度隨泵浦光能量增加而變窄，中心頻率向低頻移動，飛秒雷射光絲中間處產生的太赫茲波的頻譜寬度最大；太赫茲頻譜寬度隨探測光功率的增加、偏置電壓的增加而變寬；圓偏振脈衝單周期太赫茲波為具有螺旋結構的生物大分子等物質內部結構的研究提供了特殊光源，與物質相互作用後可以反映物質內部的獨特性質，可用於對各向異性材料，例如雙折射晶體、具有纖維取向的生物組織等，進行偏振相關的太赫茲波超寬頻帶光譜研究及結構識別。如果實現利用空氣電漿對太赫茲波進行偏振探測，可以使全空氣全光學的時域光譜技術完全取代傳統方法，其超寬的頻譜範圍為材料的光譜分析提供豐富的信息，並根據對太赫茲波偏振態的不同回響，來識別不同的分子結構，尤其是病變和正常的生物組織等。此技術對材料的光譜分析具有重大意義。