太赫兹波增强声波的机理及其在远程太赫兹波探测中的应用-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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太赫兹波增强声波的机理及其在远程太赫兹波探测中的应用

项目名称：太赫兹波增强声波的机理及其在远程太赫兹波探测中的应用
项目类别：面上项目
批准号：61177095
申请代码：F050408
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：汪盛烈
依托单位：华中科技大学
批准年度：2011

中文摘要：

飞秒激光在大气中能形成等离子体，并伴随辐射荧光和产生声波。最新实验结果表明，当一束太赫兹波照射到等离子体时，能够增强荧光和声波的强度。现有理论模型不能完全解释其中的一些实验现象，尤其是声波增强现象。本项目从气体等离子体发声的基本物理概念出发，建立热源驱动声波产生以及声波传播的方程组，解决热源与激励电磁波之间的关系，获得声波特性随电磁波特性变化的理论曲线，用以解释和指导实验结果。同时，将建立的太赫兹增强声波模型和现有太赫兹荧光增强模型结合，为将两者结合起来应用到远程太赫兹波探测上提供理论依据。实验上，搭建基于太赫兹声波增强和荧光增强的远程探测太赫兹波系统并开展增长探测距离的研究。本项目研究在理论上须从基本物理概念出发，创造性地建立物理模型，具有深刻的学术价值；以增长探测距离为目标的实验研究可望用于太赫兹波远程非配合目标的鉴别和含量检测，具有广泛的应用前景。

中文主题词：太赫兹波；声波增强；飞秒激光；等离子体；偏振

英文摘要：

THz waves；Enhanced acoustics；femtosecond laser；plasma；polarization

英文主题词： THz waves；Enhanced acoustics；femtosecond laser；plasma；polarization

结论摘要：

飞秒激光聚焦后可以激励气体产生等离子体，伴随辐射荧光和产生声波。实验表明，用太赫兹波照射等离子体，能够增强声波的强度。在本项目资助下，从基本物理图像出发，我们对这一实验现象进行了深入研究。结果表明太赫兹波与等离子体相互作用后，太赫兹场对等离子体中的电子离子有一定的加速作用，将等离子体加热到更高的温度，因而可以得到更大的声压，声音的强度会有一定程度的增强。利用该物理机理通过探测声音的增强幅度，可以反推出作用的太赫兹波的强度，我们给出了探测太赫兹场强解析表达式。实验上，我们搭建基于太赫兹声波增强的太赫兹波探测系统，利用该系统相干探测了脉冲太赫兹波。我们又从微观角度研究了超短强激光诱导气体等离子体探测太赫兹波的过程，表明太赫兹波不是通过加速过程将其波形信息加载到等离子体二次谐波辐射强度信号上的，而是通过调制激光的光电离过程。我们提出了使用荧光淬灭现象和少周期飞秒激光对太赫兹波进行相干探测，给出了一种新颖的太赫兹波形修复方法。利用量子光学理论，建立了七能级系统的物理模型，阐述了双色激光的相对相位对所产生的太赫兹波偏振方向相干控制的微观机理，重点研究了超快激光产生太赫兹波的微观机理。在搭建基于太赫兹声波增强的太赫兹波探测系统过程中，我们利用3D打印技术制作一系列基本光学元件，在系统中成功应用。利用系统我们还研究了一系列太赫兹波段的超材料和二维谱问题,从以上这些研究成果可以看出，我们按计划实施了本项目，即从基本物理概念出发，建立物理模型对太赫兹波照射等离子体增强声波进行了研究。本项目的实施可对太赫兹波远程非配合目标的鉴别和含量检测提供基本原理指导，具有重要的实际意义。

成果综合统计