雙色光激發(fā)大氣等離子體產(chǎn)生太赫茲波的偏振特性的理論研究.pdf

1、太赫茲大氣光子學(xué)技術(shù)近些年蓬勃發(fā)展并且逐漸成熟起來(lái)。能夠描述太赫茲波脈沖的物理量得到了十分廣泛的研究，然而對(duì)太赫茲偏振態(tài)的研究工作卻十分稀少。雙色飛秒激光激發(fā)大氣等離子體能夠產(chǎn)生線偏振的太赫茲波?？梢酝ㄟ^(guò)改變雙色飛秒激光之間的時(shí)域延時(shí)來(lái)進(jìn)行對(duì)太赫茲波偏振方向的相干控制。這個(gè)對(duì)太赫茲偏振方向角的相干控制的現(xiàn)象吸引了眾多科研工作者的興趣。
　　本論文從兩個(gè)方向出發(fā)來(lái)解釋太赫茲波偏振方向的相干控制現(xiàn)象。一個(gè)是從宏觀的角度來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題，

2、另一個(gè)是從微觀的角度來(lái)建立物理模型。這兩個(gè)思路得到了統(tǒng)一的解析表達(dá)式來(lái)解釋上述關(guān)于偏振方向相干控制的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
　　在宏觀的角度上，發(fā)展了一套分析同軸轉(zhuǎn)動(dòng)物理系統(tǒng)的新方法，并發(fā)現(xiàn)了同軸轉(zhuǎn)動(dòng)角系統(tǒng)的守恒特性。用這個(gè)守恒特性十分成功地分析了雙色光激發(fā)大氣等離子體產(chǎn)生太赫茲波的偏振控制現(xiàn)象。最終發(fā)現(xiàn)對(duì)太赫茲波偏振方向進(jìn)行相干控制的不是時(shí)域延時(shí)，也不是基頻光與倍頻光的相對(duì)相位，而是基頻光與倍頻光的在光路方向上的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角。當(dāng)基頻光與倍頻光

3、均是右旋偏振態(tài)的時(shí)候，基頻光與倍頻光在光軸方向上的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角，表現(xiàn)為基頻光與倍頻光的相對(duì)相位，進(jìn)而表現(xiàn)為基頻光與倍頻光的時(shí)域延時(shí)，因?yàn)檫@時(shí)這三者之間是正比關(guān)系。當(dāng)基頻光與倍頻光均是線偏振態(tài)的時(shí)候，基頻光與倍頻光在光軸方向上的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角，表現(xiàn)為基頻光與倍頻光的相對(duì)偏振方向角，這時(shí)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角與相對(duì)相位以及時(shí)域延時(shí)沒(méi)有相關(guān)性。
　　在微觀的角度上，立足于量子光學(xué)的理論，建立了七能級(jí)系統(tǒng)的物理模型，闡述了雙色激光的相對(duì)相位對(duì)所產(chǎn)生的太赫

4、茲波偏振方向相干控制的微觀機(jī)理。這個(gè)七能級(jí)系統(tǒng)是由兩個(gè)擁有同一個(gè)基態(tài)的四能級(jí)系統(tǒng)組成的。其中一個(gè)四能級(jí)系統(tǒng)產(chǎn)生右旋態(tài)的太赫茲波光子，另一個(gè)四能級(jí)系統(tǒng)產(chǎn)生左旋態(tài)的太赫茲波光子。太赫茲光子最終的偏振態(tài)將由這兩個(gè)自旋態(tài)光子的相干疊加所決定。采用光子產(chǎn)生算符的平均值來(lái)反映這種量子態(tài)疊加過(guò)程中的量子幅。最后得到了與宏觀分析一致的解析表達(dá)式。
　　隨后用同軸轉(zhuǎn)動(dòng)角系統(tǒng)的守恒特性分析了矢量疊加的一些性質(zhì)。從側(cè)面證明了該守恒特性的正確性。