激光耦合隧道结器件是国际前沿研究热点，伴随产生的电磁场局域增强或光整流等效应在等离激元光镊、单分子成像、单光子光源等领域有着重要的应用价值。为了解隧道结中的光电相互作用和特性，首先利用反馈电沉积制备获得了固态隧道结纳米器件，然后测定了激光功率、偏置电压、偏振方向和调制频率与光电流的关系，并结合有限元法和时域有限差分方法进行理论仿真，讨论了器件中光电流的组分及相关效应。结果表明，器件局部热膨胀效应、热伏效应和热载流子效应为光电流产生的主要原因，而光整流效应因受限于激光峰值功率，其结果并不显著。这些发现可为固态隧道结器件中的光学调控以及在纳米尺度上研究激光调制电子隧穿过程提供参考。

从非线性光学基本原理出发研究了整形超短激光脉冲与硒化镓晶体光整流效应产生的可调谐宽带太赫兹辐射，并采用数值计算对上述过程进行了仿真研究，探索了整形激光脉冲参数对太赫兹辐射的影响。研究发现，利用4F整形系统调节激光频谱分量获得的整形超短激光脉冲与硒化镓晶体的光整流效应可以产生频谱可调的宽带太赫兹辐射，并且可以使太赫兹脉冲的中心频率由高频部分向低频部分调制，同时带宽也会发生一定的变化。

太赫兹(THz)技术在基础研究与产业应用中具有重要研究意义,但其广泛应用仍受限于高效、紧凑的THz源,特别是0.5~2.0 THz波段。目前,人们已经采用了多种技术产生THz辐射,基于光学的方法是其中最重要的手段。首先,针对THz脉冲波及连续波,基于光电导效应及非线性光学差频的THz辐射产生机理,总结了近年来微纳光学结构在提高泵浦光至THz转换效率上的应用。然后,分析了金属纳米光天线通过增强泵浦光局域电场提高THz辐射效率和将金属纳米光天线作为THz辐射源两种增强情况。最后,展望了其他类型的光学微纳结构,尤其是全介质光学天线支持的米氏谐振、无辐射模式以及连续域中束缚态等新颖物理现象在THz辐射产生中的增强作用。

光整流法是目前产生太赫兹(THz)辐射的重要方法之一。建立了采用脉冲前沿倾斜方法实现相位匹配条件的基于光整流法产生太赫兹辐射的转换效率理论模型，比较了脉冲前沿倾斜方式的不同倾斜角对THz辐射转换效率的影响，定量分析了光整流THz辐射转换效率的主要影响因素及其规律，并讨论了飞秒激光参数和晶体参数对THz辐射转换效率的影响。结果表明：脉冲前沿倾斜方式相位匹配条件中的倾斜角对THz辐射转换效率的影响非常大；THz辐射转换效率随着飞秒激光脉宽的增大呈现先增大后减小的规律，且随飞秒激光强度的增大而增大。此外，THz辐射转换效率不仅随着晶体吸收系数的增大而急剧减小，而且随着晶体厚度的增加呈现先逐渐增长，到达一定晶体厚度后，则几乎不随晶体厚度的增长而变化的规律。由此可见，在实际应用中，不仅要求采取措施尽可能满足位相匹配条件和减小晶体对THz辐射的吸收，而且还需要合理选取飞秒激光参数和非线性晶体参数。

基于光整流效应，通过倾斜泵浦光波前 (TPFP)在铌酸锂晶体中实现相位匹配，是一种有效的产生太赫兹辐射的方法。建立了一种更完备的基于波面倾斜的产生太赫兹波的理论模型，用于分析不同泵浦光偏振下产生太赫兹波的转换效率。搭建了基于铌酸锂晶体光整流效应的高峰值功率太赫兹源和太赫兹时域光谱系统，并利用太赫兹面阵探测器对获得的太赫兹辐射进行了分析。结果表明，所获得的太赫兹辐射单脉冲峰值功率达到 0.56 MW，频谱宽度为 0.1 THz~2 THz，转换效率为 0.56‰，与理论模拟结果相符。

主要介绍利用超快激光技术产生和探测THz波辐射。THz波探测方法包括电光取样和空气探测。 电光取样利用光学电光效应, 采用探测激光偏振态的改变得到THz电场时域波形, 广泛应用在TDS系统中。 空气探测方法利用激光在空气中的三阶非线性效应, 可以测得THz时域波形, 并且该方法没有晶体的限制, 因此可以探测频谱较宽的THz脉冲。产生THz的方法主要包括光电导天线、光学Dember效应、光整流和激光等离子体。 其中前三者受到材料本征声子的影响, 产生的THz谱宽有一定限制。倾斜激光脉冲波前入射非线性晶体光整流可以 产生很强的THz波。双色飞秒激光脉冲与空气等离子体作用, 可以产生较强的宽谱THz辐射, 并且其谱宽与激光脉冲宽度密切相关。

理论上研究并论证了飞秒激光在非周期性极化畴反转的铌酸锂晶体(LN)中由光整流效应产生任意频率、窄带的太赫兹(THz)波辐射的可行性.为实现对THz波谱的整形，文中利用模拟退火(SA)算法设计出铌酸锂晶体的极化畴反转结构的最佳模型，由此可产生任意预置时间波形的THz辐射场.结果表明，SA算法是一种有效的通过设计晶体极化畴反转结构，实现对THz时间波形整形的方法.

根据光整流效应辐射太赫兹理论，计算了〈331〉晶向ZnTe单晶的太赫兹辐射性能.通过与〈110〉、〈111〉晶向对比，当晶体方位角为0°或180°时，利用〈331〉晶向ZnTe单晶辐射太赫兹信号可以与〈111〉晶向相当，强于〈110〉晶向.利用电光取样原理，计算了〈331〉晶向ZnTe单晶的太赫兹探测性能，通过理论计算为〈331〉晶向ZnTe 晶体有效辐射太赫兹波提供理论依据.

从理论上研究了电子-声子相互作用对Morse势阱中光整流效应的影响。利用微扰论的方法求解在考虑电子-声子相互作用时Morse量子阱的波函数和能级, 采用密度矩阵方法和迭代法得到光整流系数，以典型的GaAs/AlGaAs Morse 势阱为例进行数值计算。数值结果表明在考虑电子-声子相互作用后， 获得的光整流系数比仅考虑电子情况的大15%～30%左右。并且电子-声子相互作用使光整流系数峰值向高能方向偏移。因此要得到比较精确的结果， 有必要考虑电子-声子相互作用的影响。

从经典的极化理论出发, 分析了直流电场、低频调制电场和光波电场共同存在时硅材料折射率的变化, 从理论上揭示了场致线性电光效应的物理实质。以近本征硅材料为样品, 采用金属-绝缘体-半导体样品结构, 搭建了由塞纳蒙(Senarmont)补偿器改进成的横向电光调制系统。在硅材料空间电荷区内观测到显著的线性电光调制效应, 系统的半波电压小于170 V, 从实验上直接证实了硅材料中内建电场诱导的场致线性电光效应的存在。此外还观测到由克尔效应引起的二次电光调制信号, 以及由场致光整流效应引起的、随线偏振光的方位角的二倍余弦变化的电信号。实验结果与经典极化理论的预期完全一致, 也间接证实了硅材料中场致线性电光效应的存在。