圖1. 強(qiáng)場太赫茲波的產(chǎn)生及物質(zhì)調(diào)控信號測量裝置 (a)實驗光路;(b)泵浦光光譜;(c)太赫茲頻譜。

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點實驗室在強(qiáng)場THz脈沖對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，THz技術(shù)在產(chǎn)生和應(yīng)用兩個方面均得到快速發(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)控方面研究的一個重要工具。相比于直流電場，激光脈沖等調(diào)控手段，強(qiáng)場THz脈沖能夠在超快尺度上對研究對象的物理性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，也不會造成損傷。在之前的研究中實現(xiàn)了強(qiáng)場THz脈沖對Si、SiO2等具有中心對稱性的晶體樣品的調(diào)控，并利用其偶次諧波的時域變化對其相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行研究。

本項工作中，研究人員報告了利用強(qiáng)太赫茲場對砷化鎵晶體對稱性的超快調(diào)制，證明了強(qiáng)太赫茲場可以在超快時間下操縱非中心對稱晶體的偶階諧波。此外，通過對具有固有偶階極化晶體(GaAs)受到THz脈沖調(diào)控時的偶階諧波變化進(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)太赫茲電場的方向來實現(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。這項研究為超快全光學(xué)晶體的對稱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、太赫茲電場測量以及晶體光學(xué)參數(shù)的確定。

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

相關(guān)工作得到科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金項目、中國科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年團(tuán)隊等支持。

審核編輯 黃宇