激光驱动可调谐圆偏振太赫兹辐射研究取得新进展

太赫兹谱及相关控制在物理，生物，医学等诸多领域均有所应用，而产生于气体和固体等离子体的太赫兹辐射频率可达 100THz，最近研究表明将泵浦光与其二次谐波形成的双色场将有效地产生高达 MV/cm 强度的太赫兹辐射，这种由线性偏振的激光驱动的辐射由于气体等离子体的调制，其偏振将由线偏振变为椭圆偏振。而为获得可控偏振的辐射，椭圆偏振，圆偏振等激光脉冲则用于产生所需的太赫兹辐射。

本文提出将静磁场加在双色线偏振激光传输轴线上，辐射方向可由磁场方向控制，磁场强度为 100T 时，电子的回旋振荡频率远高于等离子体振荡频率，而辐射频率在回旋振荡频率附近，并可由磁场强度调节。在该条件下，磁场控制等离子体振荡，而且影响着等离子体电子的轨迹，进而产生这样的辐射特征。由于回旋频率远大于等离子体频率，辐射为多周期的包络，因而辐射为窄带谱。

如图 1 所示为真空中沿-x 方向传播的太赫兹辐射的空间分布，磁场为 178T 沿+x 方向。与此对比，无磁场时辐射由虚线表示，此时辐射与其他研究工作一致，均为单周期波形。而加上磁场之后，辐射具有了 y和 z 两个方向的分量，两个分量具有相同的频率，并且具有位相差。

如图2所示为辐射的时间波形，可见辐射为 5THz，与回旋振荡频率相等，y和z 分量则相差 pi/2 位相，当磁场方向翻转时，位相则改变为-pi/2，如图 2 所示。太赫兹辐射过程主要发生如下：首先，通过电离产生了等离子体和静电流，电流进一步驱动了等离子体中的静电振荡场，该场在等离子体边界转换为电磁辐射，没有静磁场时，电子具有沿激光极化方向的速度，即 z 方向，而加上 x 方向磁场后，电子则在 y-z 平面旋转，因此辐射也具有了 y 和 z 分量。未来可实现全光控制的磁控双色场产生THz 辐射源。