利用等离子体尾波与相对论电离前沿从中红外到太赫兹波段的超短脉冲产生

本文讨论了利用两种不同等离子体技术将10 $\mu$m红外激光进行频率下移与上移以覆盖从$\lambda$=1-150 $\mu$m（$\nu$=300-2 THz）整个波长（频率）范围的数值与实验结果。第一种等离子体技术利用驱动激光脉冲在非线性等离子体尾波中的频率下移。基于该技术，我们提出并演示了在定制等离子体结构中，通过使用810 nm钛宝石驱动激光可产生多毫焦能量、单周期、长波红外（3-20 $\mu$m）脉冲。在此我们将该思想扩展至太赫兹频段。我们表明，通过将驱动激光替换为皮秒10 $\mu$m CO$_2$激光和不同形状的等离子体结构，可产生亚焦、太瓦、单周期太赫兹（2-12 THz，或150-25 $\mu$m）脉冲。第二种等离子体技术采用频率上移，使CO$_2$激光与气体电离在CO$_2$激光不到半个周期（17 fs）内产生的相当锐利的相对论电离前沿碰撞。尽管电离前沿中的电子不携带能量，但由于相对论多普勒效应，当CO$_2$激光脉冲进入前沿时其频率可上移。波长可通过简单改变前沿的电子密度从1-10 $\mu$m调谐。虽然$\lambda(\mu$m$)>5$的上移光向前传播，但$1<\lambda(\mu$m$)<5$的上移光被背向反射。这两种等离子体技术对于覆盖整个分子指纹区极具前景。