圖1. 強(qiáng)場(chǎng)太赫茲波的產(chǎn)生及物質(zhì)調(diào)控信號(hào)測(cè)量裝置 (a)實(shí)驗(yàn)光路;(b)泵浦光光譜;(c)太赫茲頻譜。

近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在強(qiáng)場(chǎng)THz脈沖對(duì)GaAs偶次諧波調(diào)控研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以 “Terahertz modulation of even-order polarization in GaAs” 為題發(fā)表在IEEE photonics Journal上。

近年來(lái)，THz技術(shù)在產(chǎn)生和應(yīng)用兩個(gè)方面均得到快速發(fā)展。在產(chǎn)生方面，除了傳統(tǒng)的光整流技術(shù)，激光空氣成絲，激光絲波導(dǎo)誘導(dǎo)的等離激元輻射等新型手段也在不斷發(fā)展。THz脈沖已經(jīng)成為物質(zhì)調(diào)控方面研究的一個(gè)重要工具。相比于直流電場(chǎng)，激光脈沖等調(diào)控手段，強(qiáng)場(chǎng)THz脈沖能夠在超快尺度上對(duì)研究對(duì)象的物理性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，也不會(huì)造成損傷。在之前的研究中實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)場(chǎng)THz脈沖對(duì)Si、SiO2等具有中心對(duì)稱(chēng)性的晶體樣品的調(diào)控，并利用其偶次諧波的時(shí)域變化對(duì)其相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行研究。

本項(xiàng)工作中，研究人員報(bào)告了利用強(qiáng)太赫茲場(chǎng)對(duì)砷化鎵晶體對(duì)稱(chēng)性的超快調(diào)制，證明了強(qiáng)太赫茲場(chǎng)可以在超快時(shí)間下操縱非中心對(duì)稱(chēng)晶體的偶階諧波。此外，通過(guò)對(duì)具有固有偶階極化晶體(GaAs)受到THz脈沖調(diào)控時(shí)的偶階諧波變化進(jìn)行觀察和分析，研究了太赫茲脈沖誘導(dǎo)的偶階極化與晶體固有偶階極化之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)偶階諧波的產(chǎn)生可以根據(jù)太赫茲電場(chǎng)的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)或抑制，并據(jù)此分析了本征偶階非線性與太赫茲誘導(dǎo)偶階非線性之間的相互干涉。這項(xiàng)研究為超快全光學(xué)晶體的對(duì)稱(chēng)性控制提供了一種新方法，有望應(yīng)用于高次諧波的產(chǎn)生、光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換、太赫茲電場(chǎng)測(cè)量以及晶體光學(xué)參數(shù)的確定。

圖2. THz脈沖那個(gè)偏振方向發(fā)生改變時(shí)，GaAs產(chǎn)生的二次諧波信號(hào)與四次諧波信號(hào)隨偏振角度的變化 (a)二次諧波;(b)四次諧波

相關(guān)工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年團(tuán)隊(duì)等支持。

審核編輯 黃宇