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【FOE】2019年第12卷第2期封面文章

來源:武漢光電國家研究中心    作者:    發布時間:2019年07月26日    浏覽:133次

綜述:利用環形Airy光束誘導等離子體産生太赫茲(THz)波以及基于THz輻射增強熒光發射的遠程探測技術

美國Rochester大學 | 張希成教授課題組


近日,《Frontiers of Optoelectronics》期刊發表了一篇美國羅切斯特大學(University of Rochester)光學中心張希成教授課題組撰寫的有關太赫茲波遠程産生和探測的綜述文章。文章介紹了劉抗博士發明的寬帶THz波的産生和探測技術,以及為克服太赫茲遙感技術面臨的實際困難而發展起來的THz空氣光子學技術。在此基礎上,重點回顧了該課題組通過調控媒介——空氣等離子體,提高THz遠程産生和探測性能所做的理論和實驗研究工作。文章所提及的工作不僅對等離子體與THz波的相互作用和THz空氣光子學進行了深入讨論,也展示了将THz技術用于遠程光譜測量的光明前景。


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研究背景

太赫茲波是指介于微波和紅外線之間、頻率在0.1-10THz範圍内的電磁波,是電磁波譜中由電子學向光子學過渡的特殊區域。長期以來,由于缺乏産生和檢測THz波的有效手段,人們對該波段電磁波知之甚少,因此該波段被稱為電磁波譜上的“THz隙(THz Gap)”。人們對于THz波的研究興趣不僅來源于填補THz隙的渴望,而更多的是源于THz波的特性。這些特性,例如對大多數介質材料透明、非破壞性和具有光譜指紋等,可能會帶來廣闊的應用前景。已有的研究表明:THz技術不僅可以應用于研究微觀世界,同時還可以用于天文遙感、生物醫學、公共安全、環境檢測、化學分析、工業無損檢測等宏觀領域。

然而,THz技術的應用也面臨着挑戰,例如:THz波很難透過導體,使得THz技術不易檢測帶有金屬屏蔽的物體;水等具有強極性的液體對于THz波有很強的吸收,阻礙了THz技術在生物醫學領域的應用。随着近年來國土安全和環境測量領域對遠程光譜測量技術的需求逐漸增加,大氣中的水蒸氣會強烈地吸收THz波對于THz遙感技術發展所造成的阻礙日益突出。用空氣作為載體來發射或探測THz波的技術(THz空氣光子學)為克服這一困難提供了一個非常新穎的思路和實際可行的解決方案。


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内容簡介

該篇綜述文章介紹了典型的寬帶THz産生和探測技術,以及為克服太赫茲遙感技術實際困難而發展起來的各種THz空氣光子學技術,總結了該課題組在通過調控媒介——空氣等離子體提高THz遠程産生和探測性能方面所做的理論和實驗研究工作。空氣等離子體産生THz波的過程與非線性自聚焦效應産生的等離子體通道密切相關,采用環形Airy光束自聚焦可以增強雙色激光誘導等離子體産生THz波;空氣等離子體也可以用于THz波的探測, THz輻射增強熒光發射(REEF)技術相向傳輸結構的可行性優于同相傳輸結構,且相對于其他技術方案,在遠程探測方面具有很大的技術優勢。


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圖文導讀

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圖1. THz遠程産生和探測方案示意圖。兩束雙色激光脈沖分别在待測物附近聚焦,形成一個等離子體發射器和一個等離子體探測器


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圖2. 環形Airy光束誘導等離子體産生THz波的實驗裝置圖。SLM: spatial light modulator, OD: opaque disk, on a transparent glass slide, L: lens, PM: parabolic mirror, M: mirror.


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圖3. THz-REEF遠程探測實驗裝置圖. DWP: dual wave plate; OPM: off-axis parabolic mirror; PMT: photo multiplier tube detector


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全文浏覽

Kang LIU, Pingjie HUANG, Xi-Cheng ZHANG. Terahertz wave generation from ring-Airy beam induced plasmas and remote detection by terahertz-radiation-enhanced-emission-of-fluorescence: a review [J]. Frontiers of Optoelectronics, 2019, 12(2): 117 -147


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PI 簡介

張希成教授:羅徹斯特大學光學研究所主任教授(Parker Givens Chair of Optics, The Institute of Optics, University of Rochester)。北京大學物理系77 屆學生。1981年從北京大學物理系赴美留學 (CASPEA program),1986年年獲美國布朗大學(Brown University)物理博士學位。1984年——1991年先後在麻省理工學院(MIT)、阿莫科研究中心(Amoco Research Center)和哥倫比亞大學(Columbia University)從事研究工作。1992年進入倫斯勒理工學院(Rensselaer Polytechnic Institute)任教, 主任教授 (Erik Jonsson Chair Professor of Science), 太赫茲研究中心主任,和代理系主任。2012年——2017羅徹斯特大學光學研究所所長。2012任莫斯科國立大學(Lomonosov Moscow State University)榮譽教授。張希成教授是AAAS, APS, IEEE, OSA, and SPIE Fellow。張教授是Optics Letters的主編(2014-2019)。累計在國内外期刊發表了論文300餘篇、參與了20多本書及相關章節的編寫工作、擁有29項美國專利。張希成教授從1988開始在THz成像和生物-醫學應用,超快光子學、光電子學領域的研究.。張希成教授的H-Index = 87; 總文章引用次>31,000 (Google Scholar)。


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期刊簡介

Frontiers of Optoelectronics (FOE)期刊是由教育部發起、高等教育出版社出版、德國施普林格(Springer)出版公司海外發行的Frontiers系列英文學術期刊之一,以網絡版和印刷版兩種形式出版。由北京大學龔旗煌院士、華中科技大學張新亮教授共同擔任主編。

其宗旨是介紹國際光電子領域最新研究成果和前沿進展,并緻力成為本領域内研究人員與國内外同行進行快速學術交流的重要信息平台。該刊的聯合主辦單位是高等教育出版社、華中科技大學和中國光學學會,承辦單位是武漢光電國家研究中心。FOE期刊已被Emerging Sources Citation Index (ESCI), Ei Compendex, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSA, Chinese Science Citation Database (CSCD), OCLC, SCImago, Summon by ProQuest等收錄。