南京理工在固体太赫兹光源方面取得进展

发布：cyqdesign 2023-11-13 09:41 阅读：1078

近日，南京理工大学理学院金成教授团队在固体太赫兹光源产生的理论研究方面取得进展，相关研究成果发表在美国物理学会著名学术期刊《物理评论A》（Physical Review A）上，论文题目为 “Optimal generation and systematic analysis of tunable terahertz emissions from single-layer graphene using two-color laser pulses with different durations”，其中南京理工大学为第一完成单位，理学院博士后管仲为第一作者，金成教授为通讯作者，论文合作者包括西北师范大学周效信教授、王国利教授和西北民族大学李小勇教授。

图1. 不同脉宽激光驱动下单层石墨烯辐射的太赫兹谱：(a) 512 fs；(b) 106 fs; (c) 53 fs。 (d)单色激光的傅里叶谱，激光脉宽与图(a)-图(c)相同。

图2. 不同载波包络相位及不同频段下合成的太赫兹波。(a) 20 THz下的太赫兹谱随载波包络相位的变化；(b) 太赫兹波形随载波包络相位的变化；(c) 固定载波包络相位下，不同频段的太赫谱；(d) 固定载波包络相位下，不同频段合成的太赫兹波形。

太赫兹（THz）辐射在科学技术方面有着比较广泛的应用，例如，太赫兹谱成像、非线性太赫兹光谱学、无线通讯及医疗诊断。然而，现有的太赫兹产生技术无法灵活调控频率范围。管仲等人通过对单层石墨烯使用三种不同脉冲宽度的双色激光，利用基因遗传算法（GA）对太赫兹辐射进行优化，成功产生了频率可调的太赫兹光源。在研究中，他们针对不同脉宽的激光，对双色激光强度比，相位差等参数进行了优化，并发现不同脉冲宽度下，最佳参数的特征也不同，产生的太赫兹光谱形状也不同（如图1所示）。同时，他们分别使用干涉模型、四波混频模型和不对称参数模型解释了不同脉冲宽度下的太赫兹辐射机制。研究发现，当双色激光持续时间增加时，决定太赫兹辐射的主要机制由激光-体系的对称性转变为四波混频过程。在激光能量固定的情况下，较短的持续时间的激光更适合产生强的太赫兹辐射，而较长的持续时间的激光更适合调控太赫兹辐射。此外，他们通过改变入射激光的持续时间以及相位差，获取了可控载波包络相位及周期数的太赫兹波（如图2所示）。该项研究成果为未来可调控低频太赫兹的发射技术提供了新的思路和方法。

该工作得到了国家自然科学基金和江苏省自然科学基金（BK20220925）的支持，感谢学校发规处的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevA.108.023515

关键词：太赫兹光源

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