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光整流THz輻射的產生原理

光整流效應產生 THz 的方法是一種常見的 THz 產生方法。在 20 世紀70 年代初，Yajima 以及 Yang 等人分別報道了利用光整流效應在非線性晶體中輻射 THz。當一束強激光在非線性介質中傳播的時候，強光在介質內部通過差頻振蕩會產生一個恒定的電極化場，光整流效應是一種二階非線性效應，可以看作 Pockels 電光效應的逆過程。利用光整流效應產生 THz 的非線性晶體，一般選擇有 LN 晶體、ZnTe 晶體等閃鋅礦半導體。當飛秒激光打在非線性晶體上，基于海森伯不確定原理，脈沖寬度為飛秒量級的脈沖激光包含有較寬的頻譜，在二階非線性過程中，這些不同頻率的光波差頻產生低頻的電磁脈沖，這就是 THz輻射。

波前傾斜強場太赫茲產生

上面的方法是較為普遍的產生 THz 的方法， 然而在人們對THz源不斷的研究發現過程中，新的 THz 源也不斷的向寬頻譜、脈沖能量大的方向發展。例如空氣法產生強 THz，通過飛秒激光電離空氣，四波混頻產生的 THz 頻譜可達幾十THz。而 THz 峰值強度也可達 MV/cm。2002 年 J. Hebling 等人提出利用波前傾斜的方法產生 THz，通過傾斜入射到切割好的 LN晶體上脈沖激光的波前，實現在THz出射方向上THz與飛秒激光的波速匹配，從而突破緊束縛條件的限制，激發出強的THz脈沖。如下圖所示：

波前傾斜強場太赫茲系統解決方案：Tera-AX

強場太赫茲時域光路圖

波前傾斜原理

一束波前傾斜的光束照射在特定切割角度的鈮酸鋰（LiNbO₃）晶體上產生太赫茲輻射，太赫茲光束（橙色）垂直于波前。當太赫茲的波速和激發光波速相等時，相位匹配條件便達成，這需要精確恰當的波前傾斜角度γ。

那么如何傾斜波前呢？一般需要全息光柵來傾斜波前，激發光束照射以入射角α照射在光柵上，一級衍射光束出射角度?（取決于光柵常數），在這個角度下，寬光束兩邊光程發生變化，意味著等相位面（即波前）發生γ₂ ~ 70°的傾斜。

圖中綠色的線表示激發光波前傾斜角度，透鏡將入射光束光斑成像在LiNbO₃晶體上，并且將光斑縮小了1/2，所以入射面處的傾斜角度γ₁也不同于光柵面出的傾斜角γ₂，與此同時，由于LiNbO₃內部光波速度變慢，所以鈮酸鋰晶體內部傾斜角度γ也不同于晶體外傾斜角度γ₁。

實際光路原理圖

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