超強激光科學(xué)卓越創(chuàng)新簡報

(第五百九十七期)

2025年1月24日

上海光機所在強場太赫茲對砷化鎵偶次諧波調(diào)控研究方面取得新進展

近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在強場THz脈沖對GaAs偶次諧波調(diào)控研究方面取得新進展。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，強場THz脈沖能夠在超快尺度上對研究對象的物理性質(zhì)進行調(diào)控，也不會造成損傷。在之前的研究中實現(xiàn)了強場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)進行研究。

本項工作中，研究人員報告了利用強太赫茲場對砷化鎵晶體對稱性的超快調(diào)制，證明了強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。

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)研究青年團隊等支持。

原文鏈接

圖1. 強場太赫茲波的產(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。

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