强中红外脉冲驱动强 THz 场的产生与应用

尽管 THz 光谱范围至少二十年来受到极大关注，它仍是光-物质相互作用研究中探索最少但最令人兴奋的领域之一。由于 THz 辐射的光子能量小，它能够穿透非导电材料并与低能激发发生共振相互作用，从而带来大量应用。其中 THz 脉冲主要用作探测脉冲，而光脉冲激发被检测的材料。相比之下，强场 THz 瞬态将实现对物质性质的按需控制。当前的台式 THz 源仍然相当弱，最有前景的是非线性晶体中的光学整流（OR）以及由近红外源泵浦的双色等离子体细丝。前者主要受短波长驱动脉冲的多光子吸收导致晶体损伤的限制，后者则受限于致密等离子体中的泵浦脉冲散射以及有限的激光场不对称性。这些限制可通过强长波长驱动脉冲克服。直到最近，此类高功率中红外源根本无法获得。在本工作中，我们利用新近开发的中红外光学参量啁啾脉冲放大系统，在有机晶体 DAST 中通过 OR 以及在双色等离子体细丝中驱动高效 THz 产生，与先前使用近红外驱动器的工作相比，我们将光到 THz 的转换效率提升了近一个数量级。该强 THz 源进一步应用于无任场增强结构的异质量子点，以研究纯量子受限 Stark 效应。通过直接 THz 辐射操控纳米级半导体光学性质的可能性，证明了实现数据速率在 Tbit/s 量级的全光电吸收调制器的可行性。