2.1　基于超快激光泵浦非线性晶体产生强场THz波

超快激光可通过光学整流效应产生THz波。光学整流效应属于电光晶体中的二阶非线性光学效应。当超快激光在非线性晶体中传播时，泵浦脉冲各频谱分量之间的差频会激发低频振荡的电极化场。差频上限取决于超短脉冲的频谱宽度。因此对于脉冲宽度在亚皮秒量级的超短脉冲，其辐射在THz频段。同时，光学整流需满足相位匹配条件，即泵浦脉冲群速度和THz波相速度之间要相匹配，这样才能有效激发THz波的产生。而大部分晶体对泵浦脉冲和THz波的折射率并不相等，因此很难以共线方式实现光学整流的相位匹配。

2002年，Hebling等人首次提出并实现了利用倾斜波前法实现光学整流的相位匹配。利用倾斜波前法能够在整个激光光束的横截面上实现相位匹配，大大提高THz波的产生效率。利用铌酸锂晶体和倾斜波前光学整流技术，研究人员已经获得了能量超过10mJ的THz波，峰值电场强度达到6MV/cm。可通过光学整流产生THz波的材料除传统的GaAs、ZnTe、LiNbO ₃ 等无机晶体外，还有DAST、DSTMS、OH1、HMQ-TMS等有机晶体。通过有机晶体拼接的方法，THz波能量输出最高可达900μJ。

ZnTe晶体通常用于产生弱场THz波。随着入射激光脉冲通量的增加，双光子吸收开始主导二阶非线性过程，然后光学整流效率开始降低。在产生强场THz波的早期阶段，大尺寸ZnTe晶体能够抑制双光子吸收并增大THz电场。

然而，为了获得更强的电场，需要使用其他具有更大二阶非线性系数的光学晶体。20年前，铌酸锂晶体以4eV的能隙和15pm/V的非线性系数脱颖而出。有关基于铌酸锂晶体产生强场THz波方法的介绍会在第4章展开。

除铌酸锂晶体外，这里介绍两项基于DSTMS晶体的研究成果。Vicario等人利用中红外激光器激发多个尺寸较小的DSTMS晶体所制成的THz源，能够产生毫焦量级脉冲能量、GV/m量级电场以及特斯拉量级磁场。THz光束聚焦时的特性并未因发射表面的不连续性而劣化，基于DSTMS晶体产生THz波的效率达1%。THz波能量密度达到了170μJ/cm ² 。焦点处单个场脉冲的频率分布为1～8THz，具有0.6GV/m的电场强度和2T的磁场强度。

基于超快激光泵浦非线性晶体的THz源具有高产生效率、高光束质量、高稳定性和方向性好等优点。增大泵浦激光强度是增大强场THz波产生效率的一种简单而直接的方法，然而由于材料损伤阈值的存在，泵浦激光的强度不能太高以免损伤样品。 gZfT0ydwDBC40sRkmtkKBwGLuXKthHT007msm2lgB5ZX+i7214tZ7erQf5JVM/2F